Троицкий собор – 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 (†1392). В Троицком соборе в серебряной раке покоятся святые мощи преподобного Сергия – главная святыня обители.

Белокаменный Троицкий собор 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 ежедневно совершаются богослужения. Так же, в Троицком соборе принимают монашеский постриг братия обители.