В описи Мурома 1624 г. напротив Благовещенского монастыря отмечена деревянная шатровая церковь Живоначальной Троицы. В 1642-1643 гг. на месте этого деревянного храма была построена новая каменная церковь «тщанием и снисканием» известного нам Тарасия Цветного и основана Троицкая обитель. Церковь Троицы по архитектурным деталям очень близка Благовещенскому храму, а по декоративному убранству она даже превосходит ее: украшена многочисленными цветными изразцами с драконами, орлами, сиринами, всадниками.
Чуть позже, в 1648 г., рядом с Троицким храмом в этом же стиле сооружается Казанская шатровая надвратная церковь, а в 1652 г. многоярусная колокольня, которая соединилась с Казанской церковью открытой галереей.
В советское время монастырские строения обветшали, начали разрушаться. Только в 1970-х годах ансамбль Троицкого монастыря был признан памятником архитектуры и поставлен на государственную охрану. Планировались освобождение бывших келий от коммунальных квартир и музеефикация территории. Сюда, в охранную зону, в 1970-х годах из Меленковского района была перенесена церковь Сергия Радонежского – памятник деревянного зодчества 1715 г.
В 1991 г. монастырь был передан Русской Православной Церкви, началась новая страница в его истории.
В настоящее время в Троицком храме покоятся мощи святого князя Петра и его супруги святой Февронии. Некоторые исследователи считают, что у Петра был исторический прототип – муромский князь Давид, умерший в 1228 г.