Велика и внушительна каменная масса обители; но, как прятался некогда св. Сергий в своей пустыне, так что люди пришлые не могли признать его, так прячется в ней, едва заметная и не отовсюду своим одиноким, маленьким куполом видная, церковь Св. Троицы. Храм этот, в котором, в двойной раке почивают мощи его основателя, стоит, вероятно, на том же месте, на котором некогда срубил св. Сергий свой церковку, в которой, за недостатком иерея, долгое время не совершалась даже литургия. Эта церковка сгорела семь лет спустя по кончине Сергия, в нашествие Едигея, в 1408 году, и место, на котором она стояла и стоит нынешний храм, несколько лет пустовало, чему была своя основательная причина. Сергий, как известно, умирая, заповедал братии похоронить его не в церкви Св. Троицы, а на общем кладбище, вместе с прочими усопшими братьями; он заповедал это, но только без «заклятия», чем обусловилось то, что братия, с разрешения митрополита Киприяна, похоронила его все-таки в церкви Св. Троицы; когда татары сожгли ее и воздвигнута была временно другая деревянная церковь Св. Троицы, то поставлена она была не на пепелище старой, а в стороне, потому что старое место, на котором под открытым небом покоился Сергий, предназначалось уже тогда на возведение каменного, более богатого храма, что и исполнено в 1422 году, с открытием мощей.
Вероятно этот, именно храм, без особых, существенных изменений, и глядит на нас сегодня. Небольшой, всего девять сажен в длину и семь в ширину, он, как сказано, остается скромным и не особенно заметным между других сооружений; над четырехскатной крышей поднимается на невысокой шее одинокий луковичный купол, на нем третья позолота, 1880 года, так как две другие — Иоаннову 1556 года и позолоту средины XVIII века — слизало время. Не более прочна оказалась стенопись внутри храма, одевающая все свободные его поверхности, не занятые иконами: со времени возникновения храма она в 1854 году возобновлена в четвертый раз, так что от первоначальных работ иноков Андрея Рублева и Даниила сохранились, может быть, частью одни только очертания на темно-золотом фоне. Обилие золота и серебра в храме этом кажется еще большим вследствие его малости, и многие сотни темнеющих ликов в оглавиях, с цатами и без них, одухотворяют, в особенности для того, кто умеет читать по ним, каменную и металлическую основу храма. Пятиярусный иконостас, полный икон, дважды обит серебряной позолоченной ризой; два основные столба, возвышающиеся между молящихся, тоже обставлены крупными иконами, круглые арки тоже блистают изображениями, а малые иконы тянутся по верху вокруг плотным драгоценным поясом. Алтарная часть изобилует светом, падающим от заднего окна. К серебру, облекающему иконостас и столбы, следует прибавить серебро алтаря и массивной сени, его украшающей (около семи пудов веса), серебряный семисвечник и дарохранительницу (девять фунтов золота и тридцать два фунта серебра), устроенные иждивением митрополита Платона, серебро и золото царских врат, украшенных еще Михаилом Феодоровичем, громадный серебряный хорос, висящий посреди храма на цепях (пять пудов веса), еще три паникадила и многое множество лампад и богатых церковных утварей. Очень характерно, что в дарохранительнице на престоле, небольшие фигуры апостолов сделаны из золота и один только Иуда из меди, — своеобразный художественный прием для выражения сравнительной ценности изображаемого! Между древних икон много замечательных; но первенствующие, без сомнения, — чудотворный образ Св. Троицы, обложенный золотом и каменьями еще в 1600 году царем Борисом, и образ видения Богоматери преподобным Сергием, о котором помянуто выше.
Но главную святыню храма, духовный центр его, составляют почивающие у южной стены, близ иконостаса, мощи св. Сергия. Как уже упомянуто, Грозный, едва увидавший свет Божий, был положен в раку преподобного, но этой прежней раки не существует более; известно только, что она была медная, решетчатая, и что в ней, до устроения серебряной, почивал преподобный; сохранился до настоящего времени деревянный гроб, в котором мощи Сергия обретены; гроб этот перенесен в Спасо-Вифанский монастырь. Святой основатель обители почивает теперь в двух раках: первая, внутренняя, устроена из серебра Грозным, вторая — внешняя, пожертвована императрицей Анной в 1737 году, имеет более 25 пудов веса и, по витиеватому рисунку деталей, вычурности орнаментов и какой-то давящей грузности, вполне сохраняет черты художественности рисунка, как ее понимали полтораста лет назад. Над ракой тяготеет тяжелая сень. Многие негаснущие лампады окружают ее, а в головах горит вечный елей.
Блеск бесчисленных свеч, беспрерывно возобновляемых, перебегает живыми искрами по холоду драгоценных металлов, и черное одеяние гробового монаха при мощах, кажется от этого еще темнее.