(улица Даниловский вал, дом № 22).
В 1833—1838 гг. в западной части монастыря возвели Троицкий собор. 13 сентября 1838 г. освятили главный престол в честь праздника Живоначальной Троицы, и том же году — северный придел в честь праздника Зачатия праведной Анны и южный — во имя преподобного Алексия, человека Божия. Проект храма был создан архитектором О.И. Бове незадолго до его смерти в 1834 г. Храм достраивал его младший брат Александр Бове. Архитектура собора проста и в то же время монументальна, выдержана в строгих формах позднего ампира. Мощный четверик с одной полукруглой апсидой и тремя монументальными шестиколонными дорическими портиками увенчан световым барабаном с полусферическим куполом. На куполе маленькая главка с крестом. Наличники окон барабана выполнены в виде колонн с треугольными фронтонами. Интерьер делится мощными столбами на три равных по ширине нефа. Центральный иконостас подобен триумфальной арке. А центральные части иконостасов в приделах выполнены в виде ротонд, завершенных полусферами. В интерьере гармонично сочетаются живопись, лепнина и резьба. В течение XIX в. внутренняя отделка собора почти не подвергалась обновлениям. Только в 1893—1898 гг. подновили под руководством иконописца И.Ф. Ерзунова росписи стен.
В 1917 г. мощи благоверного князя Даниила Московского перенесли из храма Святых Отцов Семи Вселенских Соборов Данилова монастыря в Троицкий храм, где они хранились до его закрытия в 1930 г. С 1930 г. на территории Данилова монастыря размещался детский приемник. У Троицкого храма снесли главу, сломали боковые портики, сделали перекрытия, разместив в церковном здании библиотеку, клуб, столовую и спортзал. В связи с подготовкой празднования тысячелетия принятия христианства на Руси в мае 1983 г. монастырь передали Русской Православной Церкви. В 1983—1986 гг. в Троицком храме провели реставрационные работы. Проект его восстановления начал делать архитектор Вадим Беркут, а после его смерти работы велись под руководством архитектора-реставратора Д.С. Соколова. Были восстановлены портики на южном и северном фасадах храма и другие утраченные детали. Интерьер восстановили близко к проектным чертежам О.И. Бове. Иконы для иконостаса написал инок Троице-Сергиевой лавры архимандрит Николай (Самсонов). На апсиде поместили мозаичную икону Святой Троицы, повторяющую прославленный образ преподобного Андрея Рублева. После завершения работ первое богослужение в еще не освященном соборе прошло 15 марта 1986 г. Главный престол в честь праздника Святой Троицы освятили 27 апреля 1986 г., в Вербное воскресение. В 1987 г. освятили приставной престол во имя Алексея, человека Божия. В 1989 г. в подклете собора устроен придел во имя Рождества Иоанна Предтечи. Замечательной в художественном отношении является храмовая икона Святой Троицы XVI века, поступившая как пожертвование из частного собрания 27 апреля 1986 г. Она расположена в киоте на юго-восточном столпе. В киоте на северо-восточном столпе находится образ Божией Матери «Троеручица» XVII века. Также в храме есть чудотворный образ преподобного Иоанна Кассиана Римлянина XVIII века.