Троицкая церковь была первой в Серпухове, ее возвели на Соборной горе на территории старинного кремля в 1380 г. Она была деревянной, каменную на ее месте построили в 16 веке и капитально перестроили в конце 17 столетия. В облике Троицкого храма смешаны разные архитектурные стили (классицизм,ампир)— результат многократного перестраивания.
Троицкий собор ныне представляет собой каменный храм типа восьмерик на четверике с трапезной в стиле московского барокко и шатровой колокольней. Первоначально восьмерик увенчан пятиглавием. Кладка частично включает элементы здания XVI века.