Собор Троицкий расположен в центре города Серпухова на Красной горе.
Первоначально на этом месте в ХIV веке была построена деревянная церковь.
В 1696 году построен каменный Троицкий собор, в тоже время, когда возводилась каменная крепость.
В ХVII веке собор перестраивался, получив композицию «восьмерик на четверике». При этом предшествующее здание частично было включено во вновь сооруженный объем.
С 1837 по 1841 годы производится перестройка Троицкого собора, появляются два новых придела, а старой колокольне придается ампирный вид. Примерно в тот же период пятиглавие собора уступило место одной центральной главе на стройном глухом барабане. Элементы прежнего декоративного убранства собора — оконные наличники, лопатки на гранях восьмерика, карнизы были срублены, фасады оштукатурены, к собору пристроены боковые порталы в формах провинциальной классики.
В конце 1930-х годов собор был закрыт и в это же время Кремлёвские стены были разобраны на камень для строительства Московского метрополитена. От некогда непреступной крепости сохранились только два фрагмента стен и вал.
В 1960-1970-х годах собор реставрировался архитектором Николаем Николаевичем Свешниковым. Колокольня ХVII в., полностью сохранившаяся под обкладкой и куполом ХIХ в., была вновь раскрыта.
В 1975 году на памятник был составлен паспорт научного учета.
В 1982-1985 гг. в храме были произведены работы по устройству музейной экспозиции, рассказывающей об истории Серпуховской земли.