Первое богослужение в возрождающейся обители было совершено в Троицком храме на праздник Сретения Господня 15 февраля 1989 г. С тех пор этот храм стал символом возрождения духовной жизни в Коломне. В 1999 году силами сестер был реализован проект росписи фасадов полихромными красками, благодаря чему церковь приобрела праздничный вид.
Все эти работы выполнены по проектам художественных мастерских обители.
.
Троицкий храм построен в 1680–1705 гг. коломенским архиепископом Антонием. Кирпичная, на высоком подклете церковь, выстроенная в местных, несколько упрощенных формах московского барокко, расположена в северо-западной части монастыря. Церковь является композиционным центром ансамбля монастыря и играет немаловажную роль в облике всего центра города.
Храм этот бесстолпный, одноглавый, поставлен на высоком сводчатом подклете. Храм интересен оригинальной структурой, в которой двусветный центральный четверик, перекрытый сомкнутым сводом, с трех сторон окружен галереей, включенной в объем его нижнего яруса. Галерея объединяется с храмом большими арочными проемами, что усложняет внутреннее пространство.
В декоративном оформлении фасадов использованы детали, ведущие происхождение от «нарышкинского» барокко конца XVII в. (форма наличников окон и портала), и элементы древнерусского зодчества (зубчатый карниз, элементы порталов). Углы фасадов оформлены широкими лопатками, усложненными сверху узкими «пилястрами» с расширением вверху и внизу.
В 1739 г. после крупного пожара архитектором Иваном Мичуриным были составлены описание церкви и смета на ее восстановление. С северной стороны у церкви была паперть с площадкой и 14 ступенями. В подклете располагалась кладовая с дверью и тремя слюдяными окнами. С западной стороны церковь соединялась с архиерейскими палатами деревянным переходом, который сгорел во время пожара. Ремонт храма произведен в 1742 году. Вероятно, в это время интерьер церкви был украшен лепниной и росписью в характерных формах стиля барокко. К 1801 году относятся сведения о починке железной кровли, сорванной бурей.
В 1871 г. с назначением архимандрита Сергия и благодаря пожертвованиям коломенского почетного гражданина Г. Ф. Ротина в монастыре возобновили работы по ремонту и украшению зданий. В начале 1872 г. была полностью переделана деревянная галерея, соединяющая архиерейский корпус с Троицким храмом. На её месте возникла более современная, с опорой на две каменные арки, с застеклёнными рамами. В стиле академической живописи была расписана Троицкая церковь на средства, пожертвованные московским купцом Васильевым.
В конце XIX – начале XX вв. церковь поновлялась: сильной переделке подверглись все окна, утратившие свои старинные формы и растесанные в прямоугольные с штукатурными наличниками. Портал северного фасада был превращен в трехчастное окно, паперть с лестницей к этому времени уже отсутствовала. В подклете были пробиты новые окна, в трапезной части с западной стороны пристроена паперть.
Церковь Троицы, закрытая в 1929 г., пришла в запущенное состояние. В 1940–1950 гг. она сдавалась в аренду швейно-ремонтной артели.
Исчезли иконы, известные из метрики 1887 г.: Святой Троицы – одна, написанная в 1707 г. «жалованным» иконописцем Оружейной палаты Тихоном Филатьевым, и другая, выполненная на кипарисовой доске с изображением внизу Коломенского кремля; икона Знамения Пресвятой Богородицы с клеймами, в которых изображена была история её явления и вид Новгорода с кремлёвской стеной и храмами; местночтимая икона преподобного Сергия Радонежского.
Отделка интерьеров, росписи, иконостас полностью утрачены за исключением нескольких фрагментов лепнины XIX века в алтарной части.
В конце 1970-х гг. трестом «Мособлстройреставрация» (комплексной бригадой Н. И. Шепелёва в составе В. С. Ахтырко, А. Б. Виноградова, А. А. Горячева, Л. А. Жерновкова, Н. П. Кривошапова, К. В. Ломакина, И. Г. Савина) начаты реставрационные работы: разобрана поздняя западная паперть, по следам срубленного декора, архивным и иконографическим материалам восстановлен первоначальный облик здания – наличники окон, порталы, лопатки фасадов. В многочисленных поздних перекладках с трудом читались следы древних ниш, но благодаря опыту архитекторов и реставраторов их удалось восстановить. В процессе восстановления декора порталов и окон, карнизов, пилястр и колонок на них по сохранившимся с XVIII века потёкам, разбрызганным каплям краски художник А. Д. Червяков выполнил проект полихромной окраски храма.