Троїцький собор Миколаївського Клобукова монастиря був побудований в 1664 – 1684 роках Собор зводився в два прийоми. Спочатку в 1664 році на місці дерев'яного храму заклали кам'яний Нікольський храм. Його ктиторами виступили поміщики Ансимовы. Надалі він виконував роль приділу Троїцькій соборній церкві, побудованій в 1671-1684 роках.

Спочатку фасади храму завершувалися кокошниками напівкруглої форми, над склепінням височіла одна голова. Прибудова теж мав одну главу. З південної сторони перебувала шатрова дзвіниця.

В середині 18 століття собор реконструювали, з північної сторони прибудували маленький Нікольський приділ з ризницею і півциркульної апсидами, із заходу розташовувалася довга паперть, витягнута по поперечної осі з арковими прорізами. Вона виконувала роль підстави для дзвіниці, яка повторювала в менших пропорціях основний восьмерик на четверику. Паперть з'єднувалася з центральним приміщенням аркою, яка була збільшена в 1823 році. Собор став першим у місті спорудою, виконаним по типу «восьмерик на четверику». Силует будівлі став більш масивним і помітним здалеку. Важкий кубічний об'єм переходив у широкий восьмигранник.

У 1929 році з дзвіниці зняли дзвони, іконостас розібрали, в 1931 році дзвіницю розібрали. До нашого часу архітектурний пам'ятник дійшов зі значними втратами і в сильно спотвореному вигляді.