19 мая 1566 года началось строительство церкви в честь Печерских чудотворцев Антония и Феодосия. Через год, когда строительство было почти завершено, обрушился каменный свод. По приказу игумена Сергия завал расчистили и продолжили работы. Новый храм был бесстолпным, одноглавым, прямоугольной формы с одной апсидой, теплой трапезной, погребами и хлебной в подклети. Вопреки традиции, алтарь разместили не на востоке, а на юге. Архитектура церкви отражала московско-суздальские формы. Строгий облик храма смягчали декоративные наличники окон второго яруса и карнизы. В 1677 году храм обрушился от ветхости. Во время строительных работ средние пилястры были уничтожены при проделке новых окон. В 1806 году к прежнему входу слева добавили пристройку для расширения ризницы. В 1832 году старый вход окончательно заделали. В 1807 году из бывшей трапезной сделали придел в память явления чудотворной Свенской иконы. Ветхую двускатную крышу в 1860 году заменили на полукруглую.

Храм пострадал при взрыве собора в 1930 году. Церковь Антония и Феодосия Печерских была восстановлена к 2012 году.