Храм Рождества Пресвятой Богородицы остается самым древним из сохранившихся сооружений Солотчинской обители. Его основал великий князь Олег Рязанский в конце XIV века, когда храм был деревянным и соединялся с княжеским теремом. В XVI веке на его месте построили каменную церковь, которая является редким примером двустолпного храма в древнерусской архитектуре. Это значит, что её свод поддерживали всего два столпа, от которых сейчас остались лишь фасадные лопатки на северном и южном фасадах. Характерная для XVI-XVII веков строгость форм придаёт Рождественской церкви особую выразительность. В начале XVII века храм был перестроен после разрушительного нападения войск польского королевича Владислава и запорожского гетмана Петра Сагайдачного в 1618 году. В 1650-е годы обрушилась верхняя часть собора, и его восстановлением занимался известный архитектор Василий Харитонович Зубов. От XVI века сохранилась только нижняя часть здания. В храме находились древние каменные иконы, в том числе образы святых князей Бориса и Глеба и святого Алексия, митрополита Московского. Сегодня храм пятиглавый, с востока к нему примыкает трёхчастная апсида, а с запада, двухэтажная пристройка 1691 года, где раньше располагались ризница и библиотека, а внизу, трапезная.

Во второй половине XVIII века под храмом была устроена усыпальница основателя монастыря князя Олега и его супруги Евфросинии. До этого их останки покоились в Покровской церкви, разрушенной в 1768 году. Солотчинский монастырь был закрыт в 1923 году, и некоторое время его здания использовались как колония для малолетних преступников и склады. Позже архитектурный комплекс стал частью Рязанского историко-архитектурного музея-заповедника.

С 2015 по 2017 год в храме проводилась полная реставрация под руководством игумении Анимаисы и с благословения архиерея. Были обновлены внешние стены, золочены купола и иконостас, установлено новое паникадило и отреставрированы старинные иконы. Главный вход в собор оформлен двумя ступеньками, металлической дверью и козырьком. В храме хранятся святыни, такие как ковчег с мощами рязанских святынь и новомучеников Российских, ковчег с частицами мощей руки Святителя Николая Мирликийского, ковчежец с мощами епископа Луки Войно-Ясенецкого, а также иконы в серебряных окладах. Среди них, икона Богородицы Геронтисса, дар монастырю от обители на святой горе Афон. Эта икона известна чудом, когда во время голода в монастыре Пантократор по молитве к ней из пустого сосуда начало истекать масло. Справа от иконы Геронтиссы находится главная святыня монастыря, честная глава князя Олега Рязанского в резном позолоченном ковчежце с его поясной иконой. Над ковчежцем расположена сень с лампадами, а за ним, икона князя в полный рост.