Церковь Павла построена около 1546 года мастером Григорием. По архитектуре относилась к популярному в тот период в московском и северном зодчестве типу «под колоколы». Согласно описи монастыря 1654 года, в церкви находились мощи чудотворца Павла Обнорского. В описи 1687 года указывается, что при игумене Иосифе колокольня церкви перестроена в книгохранилище, до этого помещавшееся над Успенской церковью. В это же время был перестроен алтарь, а деревянная паперть заменена на каменную. Впоследствии на место библиотеки был перенесён престол во имя Сергия Радонежского, а книги возвращены в помещение Успенской церкви. В церкви имелся пятиярусный иконостас, имевший некоторые черты, сходные с иконостасом Троицкого собора.
Церковь Павла Обнорского и Сергия Радонежского была разобрана в 1875 году. На ее месте была возведена одноглавая четырёхстолпная церковь во имя Корсунской Богоматери с приделами Сергия Радонежского и Павла Обнорского. Архитектура церкви была выдержана в характерном для конца XIX века неорусском стиле. Как и большинство других построек монастыря, церковь была взорвана в 1930-е годы.
На месте уничтоженной церкви в 2000-е годы поставлена деревянная клетская часовня, в которой находится рака над местом упокоения мощей преподобного Павла Обнорского.
