Первым, в 1720-1724 г.г., выстроили соборный Троицкий храм. В плане он повторял известную по Покровскому собору в Харькове и Николаевской церкви Святогорского монастыря схему: к восьмигранному нефу примыкали шестигранные алтарь и бабинец. Собор разрушили в 1940-е годы, его обмеры не были произведены, о его плане можно судить лишь по схематическому чертежу конца XVIII ст.
Центральная часть собора отличалась крупными размерами. Его внутренние размеры ориентировочно составляли 14×14 м. В боковых стенах первого верха поместилось два крупных оконных проёма. Внутренняя площадь храма, по сравнению с Покровским собором в Харькове, увеличилась почти в полтора раза – примерно на 40 м.кв. Плановая схема Троицкого собора повлияла на построение плана Покровского собора в Ахтырке, выстроенного через четверть столетия уже профессиональными архитекторами по проекту В. Растрелли при участии ученика Д. Ухтомского – Семёна Дудинского. Лишь в 60-е годы XVIII ст. слобожанские мастера вернутся к задачам, с блеском решенным строителем храма. Именно тогда появятся храмы с крупным центральным нефом и восьмигранными в плане алтарем и бабинцем , собор Николаевского казачьего монастыря под Змиевым с нефом близких размеров, алтарь и бабинец прямоугольной формы которого были усложнены в плане боковыми конхами.
Алтарь и бабинец монастырского собора имели глубину около 7 метров и завершались крупными одноярусными верхами, стоявшими на высоких заломах и увенчанными деревянными фонарями и главами с перехватами, – видимо, они первоначально напоминали завершения Николаевского собора в Нежине и Преображенского в Изюме, но в начале XIX ст. были переделаны. Центральный верх состоял из трёх ярусов. Среди ярусных башенных храмов Слобожанщины только церковь Николая Казацкого в Путивле (1735-1737 г.) имеет открытый в интерьере трёхъярусный верх, хотя в деревянных храмах встречаются и четырёхъярусные завершения.
Описаний интерьера Троицкого собора не сохранилось, но, очевидно, к нему подходили все те превосходные эпитеты, которыми пользовался С.А. Таранушенко, говоря об интерьере Покровского собора в Харькове. Высота первого яруса храма по фасаду была примерно 12,2 м, высота интерьера отвечала тройной высоте стен до начала первого залома и равнялась примерно 30 м. Пространство башни пересекалось четырьмя световыми ореолами, льющимися из 32-х оконных проёмов. Особенно крупными, высотой до трёх метров, были шесть окон первого яруса. Все окна храма были с прямоугольными перемычками, уложенными по железным полосам – приём известный на Северщине, но почти не встречавшийся на Слободской Украине. Высота центральной башни по фасаду составляла более 40 м.
Наружный декор храма отличался сдержанностью, в духе Петровского времени. Оконные проёмы обрамлялись профильной рамкой, полуколоннами на висячих кронштейнах, и завершались вогнутыми треугольными разорванными фронтонами с шарами-фиалами на пьедестале. Сложные карнизы напоминали карнизы Покровского храма в Харькове и включали 3-4 ряда поребрика. Под карнизами второго яруса центрального верха стояли керамические розетки. По форме они походили на крышки керамических кадильниц, изготовлявшихся украинскими ремесленниками в XVI–XVII ст. Окна в последних ярусах всех трёх верхов были крупнее и обрамлены массивной профильной рамкой. Все углы нижнего объёма храма украшали пучки полуколонок на кронштейнах, разделенных треугольными тягами. Эта деталь декора, характерная для русской архитектуры середины – второй половины XVII ст., так последовательно была применена в Слободской Украине лишь в трёх храмах. В Ахтырском храме она особенно к месту, придавая не усложненным пристройками башенным объёмом остроту и экспрессию.
Стены собора, как в других слобожанских храмах, были побелены по затирке, фонари завершений имели живописные вставки. На алтарной стене под центральным окном помещалось крупное монументальное изображение Богоматери «Всех скорбящих радость» – образа, издавна хранившегося в монастыре и почитаемого в народе.
Во второй половине XIX ст. храм с трёх сторон окружался пристройками, превратившись в трёхкупольную базилику – лишь алтарная стена оставалась незастроенной. Декор первого яруса при этом был почти полностью уничтожен – только некоторые элементы его воспроизвели на стенах пристройки, что дало возможность выполнить графическую реконструкцию храма.
А. Парамонов, А. Парийский «Истоки каменной храмовой архитектуры Слободской Украины»