В юго-западной части территории лавры. Старейшее сооружение Троицкого монастыря, главный соборный храм. Этот одноглавый белокаменный собор с позолоченным куполом – один из важнейших памятников раннемосковского зодчества. Стоит на месте построенной Сергием Радонежским деревянной Троицкой церкви, с которой ведёт свою историю лавра.

При строительстве собора в 1422 году были обретены мощи Сергия Радонежского. Мощи в серебряной раке хранятся внутри собора.
Желающим приложиться к мощам святого лучше ориентироваться на вечер, когда меньше народу. Особенно большие очереди выстраиваются по выходным, когда экскурсионные автобусы из Москвы один за другим доставляют новые партии туристов. Да и в будни днём к собору выстраивается очередь.

Стены собора в 1425–1427 годах расписывали Андрей Рублёв и Даниил Чёрный, но их фрески до наших дней не сохранились. До нас дошла только роспись 1635 года, воспроизводящая их творения.
Большинство икон для пятиярусного иконостаса выполнены Андреем Рублёвым и мастерами его круга. Элементом иконостаса была и знаменитая Святая Троица, которая ныне хранится в Третьяковской галерее в Москве.

В Троицком соборе принимают постриг будущие монахи лавры.
С южной (противоположной входу в собор стороны) к нему примыкает Никоновская церковь. Напротив Никоновской церкви дальше на юг – митрополичьи покои.

Справа от входа в Троицкий собор – ризница. Слева стоит храм Сошествия Святого Духа на апостолов. Если стать к собору спиной, видны казначейский корпус братских келий сплева, примыкающий к ризнице, чуть правее – обелиск в память заслуг лавры перед Отечеством и за ним – колокольня.

Правее обелиска стоит сень над крестом, ещё правее – Успенский кладезь с часовней, правее и чуть позади Успенского кладезя – Успенский собор.

Правее колокольни и чуть позади неё располагается церковь Смоленской иконы Божией Матери, ещё правее – церковь преподобных Зосимы и Савватия Соловецких и больничные палаты.
Справа, если стоять лицом к собору, к нему примыкает Ризница. В ней хранятся подарки, сделанные в лавре в разное время именитыми особами. Самые интересные выставлены на обозрение. Касса находится напротив входа в ризницу.