В 1705 году на архиерейском дворе архиепископом Коломенском Антонием, в миру Одинович, умер в 1716 году, управлял епархией с 1705 года по 1716 год, была построена каменная крестовая Троицкая церковь. В 1739 году, после крупного пожара, архитектором Иваном Мичуриным было составлено описание церкви и смета на её восстановление. С северной стороны у церкви была паперть с площадкой и 14-ю ступенями. В подклете была кладовая с дверью и тремя слюдяными окнами. С западной стороны церковь соединялась с архиерейскими палатами деревянным переходом, который потом сгорел.
Ремонт храма произведён в 1742 году. Вероятно, в это время интерьер украсили лепниной и росписью в стиле барокко. В 1980-х годах лепнина сохранялась только на сводах алтаря. В 1801 году починена железная кровля храма, повреждённая бурей. На плане рубежа XVIII-XIX веков показан с западной стороны храма поперечно ориентированный притвор, каменный в первом этаже и деревянный во втором. Был восстановлен деревянный на каменных столбах переход в архиерейские покои. План составлялся в связи с намерением разместить в опустевших после упразднения епархии помещениях архиерейского дома два эскадрона Екатеринославского кирасирского полка. В 1819 и 1871 годах храм ремонтировался. В советское время монастырь был закрыт и разорён.
В наше время восстановлен как главный собор Ново-Голутвина Свято-Троицкого монастыря.
