Строился собор на крупные пожертвования Ф. В. Долгинцева, братьев Арцыбушевых и других. Храм построен в неорусском стиле по проекту архитектора А. Е. Антонова, техником-строителем был А. А. Румянцев (впоследствии погибший в лагерях в годы репрессий). Архитектурный облик храма дает ощущение его необыкновенной легкости, воздушности, устремленности ввысь, к небесам. Изнутри стены были расписаны от пола до потолка сестрами из иконописной мастерской под руководством палехского художника П. Парилова. В 1916 году строительство в основном завершилось, были и иконостас, и вся утварь. Тут спохватились, что забыли устроить отопление. Это оттянуло освящение собора на год, но с началом революции освятить его уже не удалось.
Долгие годы в соборе царило полное запустение, здесь был гараж, потом тир. На кровле росли деревья, как и предсказывала блаженная Прасковья Ивановна. В 1991 году собор был передан возрожденному монастырю, и несколько лет продолжалось его восстановление. Освящение главного престола состоялось 3 сентября 1998 года в честь Преображения Господня. В старом монастыре деревянная Преображенская церковь находилась на кладбище в восточном углу Канавки, там, где сейчас построена средняя школа.
В том же 1998 году был освящен правый придел в честь собора архистратига Божия Михаила и прочих Небесных сил бесплотных, а левый — в честь Всех Святых (такие приделы были ранее в Тихвинской церкви).
Поблизости от Троицкого и Преображенского соборов расположен одноэтажный трапезный храм во имя святого благоверного князя Александра Невского.
О появлении на этом месте трапезы пророчески говорил дивеевским сестрам батюшка Серафим, хотя при его жизни здесь находилось сельское кладбище. Строилась эта каменная трапезная в 90-е годы XIX века при игумении Марии (Ушаковой). В храме служили, в основном, зимой. Обычно пищу разносили по корпусам, на общую трапезу сестры собирались только по праздникам. Трапезный зал вмещал одновременно до 1600 человек. В западной части здания находилась кухня.
В советское время в здании располагались клуб, библиотека и кинотеатр. Возвращение трапезного корпуса монастырю растянулось с 1997 по 2000 год. 1 августа 2000 года в отреставрированном трапезном храме состоялась праздничная трапеза с участием Святейшего Патриарха Московского и всея Руси Алексия II, а 14/27 ноября 2000 года храм был освящен митрополитом Нижегородским и Арзамасским Николаем.
До 1900 года в конце святой Канавки стояла звонница с колоколами. Колокольню начали строить в 1893 году при игумении Марии (Ушаковой) по проекту епархиального архитектора А. К. Никитина. Первые колокола подняли на нее в октябре 1901 года.
Когда колокольня была почти отстроена, новый архитектор нашел, что она имеет опасный наклон (он хорошо заметен и ныне), и строительство остановили. При внимательном рассмотрении наклон сочли даже полезным, и колокольню достроили.
Колокольня пятиярусная, высота ее от земли до верхнего карниза — 55,4 м, а высота с кровлей и крестом — 70,3 м.
Строительство колокольни было завершено незадолго до прославления преподобного Серафима. На колокольне были установлены большие часы, которые отбивали каждый час: «Пресвятая Богородице, спаси нас». Позднее испорченные, они неожиданно зазвонили перед разгоном обители в 1927 году. В северном и южном флигелях располагались мастерские. В советское время наверху колокольни, лишенной купола и креста, был установлен телевизионный ретранслятор, а Святые врата приспособлены под гараж. Они были освобождены в июне 1991 года, перед перенесением мощей преподобного Серафима в Дивеево. В настоящее время колокольня полностью восстановлена, собран необходимый комплект колоколов. Во флигелях колокольни размещаются административные и жилые помещения монастыря.
Слева от колокольни расположено большое двухэтажное здание голубого цвета с резными наличниками и карнизом, построенное в 1885 году, в пору управления монастырем игуменьей Марией (Ушаковой). Это бывший игуменский корпус.
Здесь жила матушка игуменья, казначея, благочинная, а также находились канцелярия, библиотека, велся учет всего хозяйства монастыря и жили сестры, ведавшие вещевыми и продуктовыми складами.
Позднее, в 1902 году, в восточной части игуменского корпуса была устроена домовая церковь во имя святой равноапостольной Марии Магдалины. В 1903 году государь император Николай II приезжал в Саров на прославление преподобного Серафима. Когда он прибыл в Дивеево, по его просьбе была отслужена литургия в храме святой равноапостольной Марии Магдалины. Он просил найти священника, который мог бы совершить службу всего за один час, но неспешно и с благоговением. Служил младший священник Петр Соколов. Царь остался доволен и наградил его золотым крестом с драгоценными камнями.