1906 році за ініціативою архієпископа Антонія Храповицького, по проекту архітектора А. Щусєва почалося будівництво великого Троїцького собору в древньоруському стилі. Собор цей - зрима проповідь Православія в західному краї. Це данина пам'яті колишньому храму, побудованому Феодором і Євою Домашевськими, але знесеному під час будівництва Успенського собору. Довгий час після цього Троїцька церква розміщалася в прибудові до братського корпусу, де знаходилася друкарня.

У нинішньому Троїцькому соборі з його величним куполом, хорами і переходами відчувається відродження слов’янської старовини, повернення в давно минулі часи на цілі століття назад, у ті часи, коли Свята Русь була воістинну святою, коли вона від царських палат до селянської хати жила величезним монастирем за уставом Православної Церкви, строго дотримуючись завітів святих отців. У соборі — вираження душі слов'янина, сприйняття ним краси світу земного і небесного.

Собор був закладений ще в 1899 році, але тільки в 1906 році відновили будівельні роботи. І вже через п'ять років виріс могутній собор-богатир. Ще у Святих воротах він повстає перед нами у всій своїй красі в мозаїчній іконі Спаса Нерукотворного з князями, що схилилися перед образом. Західний же вхід у храм прикрашений мозаїчним зображенням Почаївської ікони Божої Матері. Навколо ікони парять у славі ангели, а внизу благоговійно предстоять святі угодники Волинської землі. Північна сторона прикрашена зображенням Новозавітної Троїці з Голгофою в центрі. Стіни собору, важкі й монолітні, мають мінімум прикрас - лише таємничий орнамент, викладений цеглою на висоті хорів.

Розписував собор лаврський художник ієродиакон Дамаскін Малюта, але зробив дуже мало - спалахнула Перша світова війна. Все ж дещо було розписано: притвор, олтар храму, частково південна і західна стіни.

Розпис собору був завершений у сімдесятих роках місцевими іконописцями за ескізами художників Щербакова і Фролова. На стінах – зображення святителів, святих мучеників і мучениць, преподобних, картини біблійного сюжету. На задній стіні храму– картина Страшного суду: праворуч від Господа – райські блаженства, а ліворуч – вічні пекельні муки. Виходячи з церкви, кожен богомолець мимоволі піднімає очі на це зображення, яке наводить на глибокі роздуми. Ікони писані в строго древньоруському стилі художником Чириковим. Іконостас і панікадило подаровані імператором Николаєм II. Дві ікони Спасителя і Богоматері в стародавніх срібних ризах на бокових стінах біля іконостасу єднають нинішній Троїцький собор з древнім, спорудженим Домашевськими й освяченим преподобним Іовом.

І розпис храму, і спів, що ллється з висоти хорів, і благоговійне монашеське богослужіння, – усе тут настроює людину на молитву, на духовну розмову з Творцем.