В монастыре издавна существовала деревянная Троицкая церковь. Исследователи предполагают, что она могла пострадать во время пожара 3 сентября 1647 года, когда значительная часть Переяславля Рязанского была уничтожена огнем. В 1685 году на этом месте был построен каменный храм с приделом святителя Алексия Московского. После закрытия монастыря в 1919 году храм продолжал функционировать как приходская церковь. С 1929 года здание использовалось для хранения зерна. В 1950-х годах в помещениях церкви, колокольни и северной башни разместились мастерские местного завода автомобильной аппаратуры.

Храм был освящен 16 июня 2000 года. Он построен из кирпича, оштукатурен и покрыт железом, выполнен в стиле русского барокко и относится к типу "восьмерик на четверике". Переход к восьмерику осуществлен с помощью ступенчатых тромпов. Композиция здания очень проста: основной продольный объем включает трехсветный храм и двухсветные трапезную и алтарь. Световой восьмерик увенчан куполом с восьмью долями, который завершается глухим граненым фонарем с луковичной главкой. В советское время к зданию с западной и северной стороны были пристроены заводские корпуса, что значительно исказило его внешний и внутренний облик.