Вблизи Воскресенскаго летняго собора, с восточной стороны, имеется второй величественный теплый храм в честь св. Троицы. Храм этот каменный трехпрестольный, устроен усердием и иждивением игумений Маврикии Ходневой и сестер обители в 1821 году, на месте погребения царских узниц, княгини-инокини Евдокии и Александры, где прежде была деревянная часовня.
Храм устроен в виде продолговатого квадрата с выдающимися полукружиями в восточную и западную стороны, немного пониженными. С южной и северной стороны храма устроены фронтоны, поддерживаемыя четырьмя полуколоннами. Над полукружиями деревянные карнизы поддерживаются шестнадцатью каменными круглыми колоннами. Храм покрыт на четыре ската железом по деревянным стропилам. Над ним возвышается большой котлообразный купол, над которым возвышается шейка, с фальшивыми окнами, окруженная десятью колонками, а на них малый котлообразный купол с небольшой главкою и железным крестом.
Вход во храм с западной стороны и начинается с каменнаго обширнаго крыльца, ведущий в полукруглую небольшую паперть, последняя отделяется от храма капитальною стеною с створчатыми дверями. Внутренний вид храма в виде квадрата с полукружием на восточную сторону; деревянный оштукатуренный потолок храма поддерживается двенадцатью деревянными, обшитыми железом, круглыми колоннами, коими поддерживаются также и большие хоры, устроенные вдоль северной, южной и западной стен, с двумя на них приделами, во имя Божией Матери Владимирской на южной стороне и Всех Святых на северной.
Олтарь полукружием, отделяется от храма капитальною стеною с большим пролетом, в котором помещается иконостас. Иконостас устроен также полукружием, вдавшимся в олтарь, одноярусный с резьбою, позолоченною на полимент. Верхний карниз поддерживают восемь круглых колонн, окрашенных синеватою краскою, тело иконостаса окрашено в сиреневый цвет. Царския врата столярной работы, створчатыя, украшены позолоченною резьбою; в средине в большом круглом клейме изображено Благовещение Божией Матери, в серебряной ризе, украшенной разноцветными камешками. Над царскими вратами в облаках и сиянии изображен резьбою Дух Святый в виде голубя. Выше, в полукружии, в большом размере имеется изображение Тайной вечери, а над нею, в круглом клейме, окруженном сиянием, икона Воскресения Господня.
Реставрация собора завершена в 2014 году. Проведены работы по реставрации фасадов, кровли, купола, воссоздание и установка крестов, реставрация кирпичной кладки, устройство отмостки, покраска фасадов, воссоздание окон и дверей.
