Троицкий собор стал одним из первых каменных храмов Двинской земли. Строительные работы продолжались в течение 1589-1606 годов, так как весь материал был привозной: вывозили «на монастырских лошадях и монастырскими людьми», навыков у местных мастеров и рабочих не было, приходилось учиться известь и уголь жечь, изготавливать кирпичи «в государеву меру».

Тем не менее, собор получился очень величественным – четырехстолпная постройка с трехапсидным алтарем и папертью вдоль западного фасада, украшенный пятью главами, которые первоначально были шлемовидными. Наружные стены храма были белого цвета и очень строгими, почти без резьбы. Толщина их достигала двух метров. Крыльцо состояло из нескольких каменных ступеней. Почти квадратный основной объем храма (23,5х20,8 м) производил впечатление не только своими размерами, но и великолепной акустикой, которая обеспечивалась многочисленными голосниками, вмурованными по периметру храма в верхней части стен. Столбы соединялись между собой и со стенами арками, поддерживающими барабаны куполов. Окна верхнего яруса хорошо освещали внутреннее пространство.

Справа от алтаря был устроен придел в честь преподобного Антония Сийского, где под спудом до сих пор хранятся его мощи.

Сейчас Троицкий собор стоит без боковых луковок, большей частью голые облупившиеся стены, пол выложен уцелевшими после советского периода каменными плитами, рамы необходимо менять полностью, капитального ремонта требует крыша. В 1997 году шиферная крыша притвора заменена на новую оцинкованную железную, отремонтирована и стропильная часть крыши притвора.

В 1998 году произведен ремонт западного и южного фасадов притвора, западный фасад Усыпальницы, выполнена защита от коррозии западной стороны входных (из притвора в собор) старинных железных дверей, установлен двойной целлофан на нижнем ярусе всех окон, у св. мощей Преподобного и на двух алтарных колоннах выполнены первые штукатурные работы, в Усыпальнице восстановлен вход с улицы из-под арки и заложен более поздний вход на западном фасаде.

Перед папертью Троицкого собора в августе-сентябре 1998 года выложена площадка из брусчатки и к ней проложена трехметровой ширины дорожка от Сергиевского храма.

28 октября 2000 года на главном барабане Троицкого собора установлен деревянный, предварительно освященный отцом настоятелем, трехметровый крест. Попутно заменено конусообразное рубероидное покрытие барабана.

 Под старым покрытием была обнаружена бутылка с памятной датированной августом 1987 года запиской от рабочих-студентов, производивших ремонтно-консервационные работы:

«Потомок! Когда ты вскроешь эту бутылку, мы надеемся, будет светлое царство коммунизма. Мы, студенты 80-х, шлем вам горячий привет из развитого социализма в век электрификации всей страны. Завтра, 9 августа 1987 года наш отряд заканчивает работы по консервации монастыря. Будем пить водку в этот радостный день. Интересно, есть ли в ваше время этот веселящий душу напиток? На крыше храма работала бригада из пяти человек. Гарантируем консервацию куполов до 2000 года! И надеемся получить за это 200 (!!!) рублей. Ура! Московский архитектурный институт, 4 курс: Никишин Василий, Цинцевич Юрий, Григорян Юрий, Санин Андрей, Король Олег(Боцман)» (Текст и комментарий опубликован в газете: Духовный сеятель. -2000. - № 18-19.- С.9).

Ко дню Святой Троицы 23 июля 2002 года в притворе Троицкого собора известняковыми плитами из Трапезной палаты (уцелевшими от пожара 1992 года) восстановлены утраченные за советские годы участки каменного пола. Летом прошедшего года за алтарем Троицкого собора выполнены первичные земляные планировочные работы.

В начале сентября 2003 года силами фонда прп. Андрея Рублева демонтирован установленный в 2000 году временный деревянный крест вместе с временным покрытием центрального барабана Троицкого собора и начаты работы по сооружению колоколообразного, завершающегося луковкой, деревянного мгногометрового сооружения, венчающего главный барабан собора. После обшивки сооружения досками работы были приостановлены до следующего года.