Особенность архитектуры – соединение ярусной композиции «восьмерик на четверике» с характерной для западноевропейского барокко формой купола с круглыми слуховыми окнами – «Нарышкинское барокко».
В середине XVIII в. в Касимове была построена каменная Троицкая церковь. Ранее на этом месте находился небольшой деревянный обветшавший храм. В 1772 году была возведена восьмигранная колокольня, расширенная в XIX в., она окружена двухъярусной галереей с арками на столбах. Здесь же на втором ярусе находилась церковь в честь Божьей Матери Одигитрии. Этот храм до революции считался одним из самых богатых в городе. Среди его прихожан было много купцов, живших на улице Набережной, их так и называли «бережане», они очень любили свой храм и много жертвовали на него. В Троицкой церкви, так же как и в Вознесенском храме, ряд иконостасов расписал художник С.И. Грибков, уроженец Касимова. Здесь же находились большие художественные полотна в золочёных рамах — подлинные работы художника Ф.А. Бруни «Распятие» и «Моление о чаше». Много ценностей из храма было изъято в 1922 году, среди которых было Евангелие 1644 года. Церковь была закрыта в 1938 году, в ней разместился склад карьероуправления, позднее находились реставрационные мастерские. В 1990-е гг. храм был возвращен епархии. Богослужения в храме стали проходить с 15 сентября 2002 года. Среди святынь, находящихся в нём, следует упомянуть: мощи священноисповедника Сергия (Правдолюбова) Касимовского – священника, служившего здесь в 1920-1930-е гг. и пострадавшего за веру, и чудотворную икону Божией Матери «Взыскание погибших».