В 1705 году на архиерейском дворе архиепископом Коломенским Антонием, известным в миру как Одинович, который управлял епархией до своей смерти в 1716 году, была возведена каменная крестовая Троицкая церковь. В 1739 году, после сильного пожара, архитектор Иван Мичурин составил описание церкви и смету на её восстановление. С северной стороны у церкви находилась паперть с площадкой и четырнадцатью ступенями. В подклете была кладовая с дверью и тремя окнами из слюды. С западной стороны церковь соединялась с архиерейскими палатами деревянным переходом, который позже сгорел.

Ремонт церкви был проведён в 1742 году. Вероятно, в это время интерьер украсили лепниной и росписью в стиле барокко. К 1980-м годам лепнина сохранилась только на сводах алтаря. В 1801 году была отремонтирована железная кровля, повреждённая бурей. На плане конца XVIII, начала XIX века с западной стороны храма показан поперечно ориентированный притвор, каменный на первом этаже и деревянный на втором. Был восстановлен деревянный переход на каменных столбах в архиерейские покои. План составлялся в связи с намерением разместить в опустевших после упразднения епархии помещениях архиерейского дома два эскадрона Екатеринославского кирасирского полка. Храм ремонтировался в 1819 и 1871 годах. В советское время монастырь был закрыт и разорён.

В наши дни он восстановлен и служит главным собором Ново-Голутвина Свято-Троицкого монастыря.