Построенная на холме крепость с трех сторон защищена естественными оврагами, а с восточной стороны - вырытым рвом. Во время Северной войны, в 1710 - 1711 годах по приказу Петра I вокруг Троицкого монастыря были возведены дополнительные укрепления - земляные бастионы, которые впоследствии уничтожили.
Крепость Троице-Сергиева монастыря производила большое впечатление не только как мощное фортификационное сооружение, но и как живописный величественный ансамбль, хорошо вписанный в окружающую местность. Эту ее особенность неоднократно отмечали иностранные путешественники.
Успенский собор (1559 - 1585 годы)
В 1559 - 1585 годах на центральной площади монастыря был воздвигнут грандиозный Успенский собор, отличающийся простотой и строгостью форм. По характеру он близок Успенскому собору Московского Кремля XV века.
В отличие от более ранних сооружений Троицкого монастыря Успенский собор пятиглавый, пятиапсидный. Внутри в нем шесть опорных столбов. Снаружи северный и южный фасады имеют шесть сильно выступающих пилонов и выложенный из кирпича аркатурный пояс.
В XVIII и XIX веках Успенский собор, как и другие памятники лавры, был подвергнут значительным перестройкам. Позакомарное покрытие заменили четырехскатной кровлей, для чего надстроили барабан центрального купола. К западной стене еще в XVI веке была пристроена паперть, позднее разобранная, а в XIX веке у всех трех порталов собора сделали крыльца, сохранившиеся до наших дней. Под собором была устроена Всехсвятская церковь-крипта, что значительно ослабило фундамент сооружения.
У северо-западного угла собора находится усыпальница Годуновых. Это небольшое помещение с четырехскатной кровлей. В его восточную стену вмурованы четыре надгробные плиты XVII века с именами захороненных здесь царя Бориса Годунова, его сына Федора, жены Марии и дочери Ксении.
В 1684 году большая группа художников троицких и ярославских «кормовых иконописцев» во главе с ярославским мастером Дмитрием Григорьевым расписала собор фресками. Основные сюжеты росписи были посвящены Богоматери, а также русским историческим деятелям, которые после смерти были приписаны к лику «святых». Тематическая роспись стен тесно связана с превосходным декоративным «ковром» фресок стен и столбов храма, выполненных в холодных, но ярких тонах, прекрасно гармонирующих с грандиозным внутренним пространством собора.
Иконы в иконостасе Успенского собора относятся к XVII - XVIII векам. Изображения евангелистов на царских вратах (1685 год) - работа «царского изографа» Симона Ушакова. Два превосходных медных паникадила с искусным литьем и чеканкой, выполненные мастерами Оружейной палаты Московского Кремля, были вложены в Троицкий монастырь царским стольником Яновым.
В северо-западном углу собора находятся гробницы племянницы Ивана Грозного Марфы Владимировны Старицкой и ее дочери Евдокии.
Успенский собор до сих пор остается наименее изученным памятником лавры. С целью изучения собора архитектор Ф. Комаров в 1946 году произвел его обмер, и начались архивные изыскания. Еще до этого, в 1939 - 1940 годах, художники-реставраторы И. А. Баранов и И. И. Суслов определили состояние сохранности и частично промыли фресковую живопись XVII века.
Больничные палаты с церковью Зосимы и Савватия (1635 - 1637 годы)
Из каменных зданий гражданского типа, построенных в монастыре в XVII веке, первыми появились одноэтажные Больничные палаты с шатровой церковью Зосимы и Савватия Соловецких. Они сооружены на средства келаря А. Булатникова. Во второй половине XVII века достроили северное крыло палат, а над западным зданием сделан второй этаж.
В 1745 году всю западную линию келий, в том числе и Больничные палаты, перестроили «по ранжиру» (в одну линию), древние окна и двери растесали, а по фасаду замышляли устроить галерею на каменных столбах. Древняя церковь оказалась застроенной со всех сторон двухэтажными кельями, которые в 1859 году подняли еще на один этаж.
Восстановление древних Больничных палат с шатровой церковью Зосимы и Савватия явилось классическим образцом сложнейшей реставрации целого архитектурного комплекса.
Капитальная реставрация всего этого комплекса началась в 1938 году. Предварительно были изучены исторические источники, проведены архитектурные дренажи. Разнообразная по научным методам реставрация сочеталась с большими инженерными работами по укреплению всех конструкций этого сложного комплекса. Проводил реставрацию опытный архитектор И. В. Трофимов.
По мере разборки новых наслоений вскрывались все новые и новые детали древнего сооружения, которое к концу реставрации приобрело интересный облик.