Кирпичный теплый храм в южной части монастыря, сооруженный в 1865-1869 гг. Однокупольный храм, примыкавший к двухэтажному келейному корпусу. Имелись приделы Митрофания Воронежского (1881 г.) и Феодосия Черниговского (1897 г.). Закрыта не позже 1920-х гг., купол сломан, используется как гараж.
На юг от Тихвинского собора видится скромный осмерик и глава теплого храма во имя Пресвятыя Троицы, с приделами на южной стороне во имя святителя Митрофана, Воронежского чудотворца, и на северной – во имя святителя Феодосия, Черниговского чудотворца. Это – поистине храм иноческой молитвы: богомысленной, самоуглубленной, покаянной в слезах, смиренной в радости; здесь каждое местечко – уголок для внутреннего духовного уединения, – и только Царице Небесной и Ее Божественному Сыну, Господу Спасителю, Иисусу Сладчайшему, известны те духовные из глубины души воздыхания, которые здесь изливались перед Богом. Троицкий храм непосредственно соединен с кельями монахинь – в нижнем этаже, и с кельями игуменскими в верхнем этаже. В нижнем этаже находилась «живописная», т. е. мастерская для иконописания, которой обучались девять девиц под руководством мастерицы-монахини. Игумения Валентина посылала мастерицу-иконописку в Петербург для обучения живописи и иконной чеканки по золоту; близость храма имело благотворное влияние на благочестивое чувство мастериц-иконописиц, а иногда представляло очень удобное место для работы копий с икон храма. В верхнем этаже, при келиях игумении, помещалась мастерская «золотошвейная».
По материалам книги «Тихвинско-Богородицкий женский монастырь в г. Бузулуке, Самарской епархии 1847-1897 год», написанной священником монастыря протоиерем Михаилом Малиновским.
