Троицкий собор (1422 — 1423 гг.) – главный соборный храм и древнейшее из сохранившихся сооружений Троицкого монастыря. Он был воздвигнут в 1422 г. преподобным Никоном «в честь и похвалу» основателю монастыря, преподобному Сергию Радонежскому. В Троицком соборе в серебряной раке покоятся святые мощи преподобного Сергия – главная святыня обители.

Белокаменный Троицкий собор, освященный в 1426 г., является одним из важнейших памятников ранне-московского зодчества. С Троицкого собора началось формирование уникального архитектурного ансамбля монастыря. Древнейшая роспись внутренних стен собора, выполненная в 1425 – 1427 гг. преподобными иконописцами Андреем Рублевым и Даниилом Черным, к сожалению, до нас не дошла. Сохранившаяся роспись выполнена в 1635 г. и воспроизводит древнюю иконографию первоначальной росписи. Главное художественное сокровище Троицкого собора – его пятиярусный иконостас, большинство икон которого выполнено в 1-й трети XV в. преподобным Андреем Рублевым и мастерами его круга.

В Троицком соборе совершаются богослужения: Божественная литургия, молебны с акафистом преподобному Сергию у раки с его святыми мощами, а также другие богослужения. В Троицком соборе принимают монашеский постриг братия обители.