Главным храмом нового монастыря, как и в Троице-Сергиевой лавре, стал Троицкий собор, который долгое время оставался деревянным. Первый каменный храм был построен в 1763-1771 годах по инициативе и на средства ростовского епископа Афанасия. Главный престол был посвящен Святой Троице, южный придел, преподобным Сергию и Никону Радонежским, а северный, святителям Афанасию и Кириллу Александрийским. Имя первого придела связано с преподобным Сергием, небесным покровителем монастыря, а второй придел получил имя святого, тезоименитого епископу Афанасию, который был ктитором храма. Освящение Троицкого собора ростовский владыка провел лично 16 октября 1771 года.

В 1919 году Троице-Сергиев монастырь был закрыт и в последующие годы почти полностью разрушен. Большевики жестоко обошлись с ним: были уничтожены Троицкий собор, ограда, жилые и хозяйственные постройки, а через территорию бывшего монастыря проложили автомобильную дорогу. Уцелели только Введенская церковь и несколько келейных корпусов.

В 2000 году началось строительство нового Троицкого собора, максимально похожего на разрушенный. К июлю 2003 года в обители были возведены Троицкий собор с четырехъярусной колокольней, двухэтажное здание трапезной и три стены с башнями.