Церква Сергія Радонезького, що відноситься до Свято-Катерининської обителі розташована в центрі одноповерхової історичної забудови Затверечья. У 1749 році на цьому місці стояв дерев'яний Воскресенський храм, який був побудований на пожертвування його парафіян. В період литовського навали церква була розграбована, довго стояла в руїнах.
Церква в її сучасному вигляді була збудована у 1775 - 1780 роках на кошти купця Р. Богданова. Ще на початку будівництва храм був перейменований з благословення архієпископа Арсенія в ім'я преподобного Сергія Радонезького. Назву було вибрано не випадково. В цей час архієпископ Арсенія якраз повернувся з Троїце-Сергієвої Лаври, куди він їздив для поклоніння мощам преподобного Сергія. Там йому подарували ікону з часточкою мощів великого святого.
Будівництво храму завершилося в 1780 році. Спочатку кам'яний храм мав малий теплий приділ на честь пророка Іллі. З колишньої Воскресенської церкви знову побудований кам'яний храм перенесли велику старовинну ікону Воскресіння Христового, яку розташували біля західного входу в храм, на правому стовпі.
У 1843 р. на кошти тверського купця М. Богданова були побудовані триярусна дзвіниця і трапезна з Іллінським і Олексіївським приділами (архітектор В. Ф. Львів). Всі споруди – в стилі пізнього класицизму.
Храм був закритий у 1930 році. Західний притвор і два верхніх яруси дзвіниці були знесені. У 1977 р. за проектом архітектора А. В. Соколов була проведена реставрація храму – нижню частину храму завершив барабан з круглою банею над ним. Богослужіння в храмі поновилися в жовтні 2004 року.
Храм виконаний у типово тверських традиціях раннього класицизму. Будівля храму –цегляна обштукатурена, з білокам'яним цоколем. Храм побудований з поздовжньо-осьовим тричастинній схемою. Двусветный четверик будівлі має одну голову і пятигранную апсиду. Прямокутна широка трапезна, розташований з західного боку, включає в себе нижній ярус дзвіниці. Не дійшли до нашого часу верхні яруси, що мають квадратну форму другий і круглу третій мали великі прорізи дзвону у вигляді арок. Розібраний західний притвор був з пилястровым портиком і трикутним фронтоном. Фасади будівлі поділяються карнизом на два яруси, які відповідають віконних прорізів першого і другого світла. Кути першого ярусу оброблені рустованими пілястрами, а другого – фільончастими. Вікна верхнього світла у вигляді арок заглиблені в прямокутні високі ніші, прикрашені гірляндами (саме ця деталь декору був широко поширена в тверській архітектурі періоду раннього класицизму).
Фасади трапезній досить стримані. Стіни покриває стрічковий руст, вікна завершуються віяловими гребенями. Зімкнутий звід перекриває четверик. Збереглися гнізда для тромпов у верхніх кутах обсягу говорять про те, що храм передбачалося завершити восьмериком. Але з якихось причин "восьмерик на четверику", досить характерний для тверській архітектури 18 століття, не був виконаний. Трапезна перекривається коробовим склепінням, а нижній дзвоновий ярус – хрестовим.