Свято-Троицкий храм монастыря – современник Белгорода. Он ведет свою историю от древней деревянной церкви Живоначальной Троицы, построенной еще в 1593 (по другим данным, в 1596) г. на Белой горе. Потом церковь перенесли на левый берег Северского Донца (ныне территория Старого города). Первоначальный храм был деревянный и маленький. Он погиб в большом белгородском пожаре, и в 1623 г. был восстановлен на средства казны, с двумя приделами в честь Похвалы Пресвятой Богородицы и прп. Михаила Малеина. В 1650 г. Троицкий храм, вместе с крепостью, был перенесен на правый берег реки.
С учреждением в Белгороде епархии, Свято-Троицкий храм был возведен на степень кафедрального собора. В 1690 г., при митрополите Белгородском и Обоянском Авраамии (Юхове), вместо деревянной церкви был заложен великолепный каменный собор, который строился семнадцать лет. Освятил собор в 1707 г. Белгородский митрополит Иустин (Базилевич). Этот храм помнил служение свт. Иоасафа (Горленко), его предшественников и последующих белгородских епископов и архиепископов. Жили владыки в располагавшемся рядом двухэтажном архиерейском доме. В 1706–1708 гг., по инициативе митрополита Иустина (Базилевича), при архиерейском доме была построена крестовая церковь свв. Антония и Феодосия Печерских. Интересна судьба этого храма. С перенесением кафедры из Белгорода в Курск, церковь была упразднена и переделана в монастырские кельи. В конце 1860 г. она была восстановлена, а при перестройке настоятельских келий епископом Сергием в 1864 г., в южной стороне здания была устроена новая домовая церковь во имя свт. Тихона Задонского, мощи которого были открыты за три года до этого.
В 1750 г. епископ Иоасаф (Горленко) на южной стороне собора устроил придел в честь Успения Пресвятой Богородицы. В следующем году храм был отреставрирован, после чего, 30 июня того же года, его снова освятил епископ Иоасаф.
Еще при своей жизни, свт. Иоасаф завещал похоронить себя с юго-западной стороны храма. Был вырыт склеп, куда был впоследствии помещен гроб с телом святителя. Над этим склепом брат покойного, полковник Андрей Андреевич Горленко устроил, согласно завещанию владыки, небольшую придельную церковь во имя Страшного суда, освященную в 1755 г. По воле святителя, в этом приделе всегда служили раннюю литургию и поминали всех усопших, в том силе и покойного святителя.
Спустя некоторое время после погребения, выяснилось, что тело епископа Иоасафа не подвергается тлению. Слух об этом быстро распространился по Белгороду и его окрестностям. К гробу святителя стали стекаться больные и увечные люди, многие из которых получали исцеление. Молва о чудодейственной силе мощей епископа Белгородского Иоасафа передавалась из уст в уста, доходила до самых далеких уголков России. С каждым годом все больше и больше паломников шли в Белгород к гробу святителя. Задолго до канонизации в народе его стали почитать как святого. Во многих домах его портретные изображения висели в красном углу вместе с иконами.
Склеп святителя был почитаем богомольцами. По крутой узкой лестнице они спускались в глубокую пещеру, где, в открытой раке, лежал святитель в полном архиерейском облачении, с митрой на голове, а часть его руки была обнажена для прикладывания. У раки стоял святительский жезл. Над мощами теплилось несколько лампад.
Наиболее капитальная перестройка Троицкого собора последовала при епископе Аггее, во второй половине XIX в. 1 января 1782 г. епископ Аггеей переосвятил храм.
