Дата постройки последнего здания: 1422-1423   см. фотографии объектов той же эпохи

Выдающийся памятник раннемосковского зодчества. Белокаменный собор выстроен в 1422-1423 при игумене Никоне на средства великого князя Василия I и Юрия Звенигородского как храм-памятник для хранения мощей прп. Сергия Радонежского. Четырехстолпный одноглавый трехапсидный собор с позакомарным покрытием. Западная паперть пристроена в XVI в. С юга к собору в 1548 пристроен одноглавый бесстолпный придел прп. Никона Радонежского, сооруженный над погребением прп. Никона (капитально перестроен в 1623). С запада к Никоновскому приделу примыкает притвор, устроенный на месте явления прп. Сергию Богоматери - т.н. Серапионова палатка (1559, 1826). В XVIII в. устроена четырехскатная кровля, в 1829 к собору пристроена северная паперть. В соборе уцелели росписи 1635 и иконостас нач. XV в., написанный мастерами школы Рублёва. Богослужения прекращены в 1920, возобновлены в кон. 1940-х. Собор реставрировался с 1920-х, в 1966 восстановлено позакомарное покрытие.

В соборе покоятся мощи прп. Сергия Радонежского (+1392). В Никоновском приделе мощи прп. Никона Радонежского (+1428), в Серапионовой палатке под спудом мощи св. архиеп. Серапиона Новгородского (+1516), митр. Иоасафа Московского (+1555) и игум. Дионисия (+1633). В XV-XX вв. в соборе хранилась одна из самых известных икон России - чудотворный образ Троицы Живоначальной письма Андрея Рублева (ныне в ГТГ).