Троицкий собор, существующий сегодня, является частью Николо-Троицкого монастыря. Изначально он был построен на месте старой деревянной Троицкой церкви. Строительство началось в 1681 году благодаря финансированию Семена Ершова, известного посадского человека, и завершилось в 1689 году.

Собор стоит на высоком подклете. Внизу расположена Никольская церковь, а наверху, холодный храм, посвященный Живоначальной Троице. В период с 1790 по 1792 годы к собору добавили большой Преображенский придел, а в 1894 году построили каменное крыльцо.

Собор представляет собой трехапсидное, двухэтажное, прямоугольное здание без столбов, увенчанное пятью главами. Храм делится на три части: основное помещение, апсиду и паперть.

Основной объем второго этажа перекрыт сомкнутым сводом и имеет квадратную форму с лопатками. Стены прорезаны оконными проемами, украшенными наличниками с зубчатыми и килевидными завершениями. В верхней части стены расположены полуциркульные кокошники, поддерживаемые карнизом из зубчиков и полуваликов. Апсиды храма разделены полуколоннами и имеют несколько окон с декором.

С западной стороны притвора находятся три оконных проема, два простых окна и дверной проем на втором этаже. Углы стеновых панелей обрамлены и завершаются узорчатым карнизом.

На второй этаж ведет небольшая лестница с северной стороны, крытая односкатной кровлей. Крылечные столбы украшены многопрофильными ширинками и перекрыты сферической кровлей.

Основной объем перекрыт металлической четырехскатной кровлей. Четыре угловых барабана и центральный барабан глухие. Главы украшены декоративными полуколонками с бусинами, а над ними проходит карниз с несколькими выступами. Здание храма полностью построено из кирпича.

Троицкий собор, крупнейший среди всех церквей монастыря. С севера его частично закрывают колокольня и настоятельский корпус, но с других сторон он хорошо виден. Собор расположен в центре монастырской территории и представляет собой пятиглавую постройку с притвором, колокольней и южным крыльцом, образующими единое композиционное решение. Южный и северный фасады выполнены в одной плоскости, но имеют разные высоты, создавая ступенчатый силуэт. Наружные фасады побелены, а кровли окрашены в коричневый цвет. Окна украшены коваными фигурными решетками.