Церква св. Трійці, унікальна споруда початку XII ст., зведена над Святою брамою Печорського монастиря (вул. Січневого повстання, 21). Визначною художньою пам’яткою є її ансамбль настінного живопису XVIII ст. Єдина з надбрамних церков домонгольського часу, що збереглася у неперебудованому вигляді. В давньоруських джерелах не згадується. За "Тератургімою" Афанасія Кальнофойського, споруджена коштом Святослава Давидовича з роду чернігівських князів, який постригся у ченці монастиря 17 лютого 1107 під іменем Миколи Святоші. Час побудови мурованої споруди на місці дерев’яних монастирських воріт – бл. 1108. За А. Кальнофойським, Троїцька церква була цілком подібна до церкви Благовіщення на Золотих воротах.
Збереглася майже повністю, в XVII ст. перекладено тільки склепіння бані. Являє собою майже квадратну в плані будівлю розміром 12 на 12,5 м. У нижньому ярусі міститься арочна брама проїзду та бічні допоміжні приміщення. Верхній ярус займає одноверха чотиристовпна церква з трьома апсидами, влаштованими в товщі східної стіни. Вхід розташовано в західному членуванні північної стіни, первісно до церкви вели зовнішні дерев’яні сходи. Фасади розчленовано на три частини, які завершуються арками і плоскими лопатками відповідно до внутрішніх хрещатих стовпів. Під вікнами знаходяться декоративні ніші. Первісні форми збереглися тільки на південному фасаді. За будівельною технікою та матеріальними Троїцька церква майже нічим не відрізняється від інших київських споруд, зведених в ті часи. Вона побудована в змішаній техніці кладки з утопленим рядом. Головні розміри плінфи: 4×19-224×27-33 см, хоч трапляються і значно довші – 41-44 см. Цікаво, що склепіння вівтаря змуроване не з цегли, а з горщиків-голосників. Фундамент церкви складено з великого бутового каменю, на глибину 1,35 м.
У 80-х pp. ХП ст. до бічних фасадів церкви підвели мури монастирської огорожі, зведені за архімандрита Василія. Археологічно вони простежені у 1951 на довжину 135 м. Складені з плінфи у порядовій техніці кладки на цем’янковому розчині її розміри: 3,9-4,2×19,5- 23,5×28,8 см. Товщина муру – 2 м. Його фундамент складався з двох паралельних ровів завширшки 0,8 м, заповнених битою плінфою та камінням. Загальна ширина фундаменту – 2,56 м, глибина – бл. 0,7 м. Найімовірніше, під час монгольської навали 1240 оборонний мур було зруйновано або розібрано. Хоч це могло статися і пізніше – підчас руйнувань Києва 1416 та 1482. Адже у 1399, коли хан Тимур-Кутлук підійшов під Київ, він не захопив ні міста, ні монастиря, а задовольнився лише викупом у ЗО "гріш литовських", котрі взяв з монастиря. Отже, якісь монастирські укріплення існували. Пам’ятали про них і в XVIII ст.
У першій полонині XVII ст. до північного фасаду Троїцької церкви прибудували мурований притвор з дерев’яною дзвіницею та годинником на ній. На той час храм був приписаний до Шпитального монастиря. Починаючи з 1695, коштом гетьмана І. Мазепи зводилися нині існуючі мури фортечної огорожі. Водночас було реставровано і Троїцьку церкву. Замість напівкруглих закомар на фасадах з’явилися фронтони у стилі бароко, баня отримала грушоподібні обриси і верхній півбанок. Ремонт 1731-33 надав споруді остаточного вигляду. Майстер В. Стефанович прикрасив західний та східний фасади пишним живописним і ліпленим орнаментальним декором. Барабан бані оформлено ліпниною та кольоровими керамічними розетками. В 1732 на заводах Демидова виготовлено чавунну підлогу храму. Тоді ж споруджено і різьблений іконостас. До 1742 прибудовано новий північний притвор, який за стилістичними ознаками с твором Й. Шеделя. Дуже цікавими є різьблені розмальовані лавистасидії, встановлені вздовж західної стіни церкви та у притворі.
В 1734 інтер’єр Троїцької церкви прикрашено живописом Ф. Павловського та І. Максимовича. Притвор та сходи розписано в 1742-44 А, Галиком. Він же разом з І. Кодельським, з нагоди візиту до Києва Єлизавети Петрівни, виконав первісний живопис на західному та східному фасадах церкви. Цей зовнішній стінопис багаторазово поновлювався, востаннє – у 1900- 1901, внутрішні розписи востаннє реставрувалися 1982.
Живопис Троїцької церкви утворює єдиний цикл, унікальний для України XVIII ст. за суцільністю та чудовою збереженістю. Композиції вирізняються свободою, широтою підпорядкування системі богословських уявлень щодо декоративного задуму, гармонією фарб, написані з великою майстерністю, повні динаміки. Розписи притвору найбільш індивідуальні за задумом. Тут замість звичайного "Страшного суду" використано набагато оптимістичнішу композицію "Похід праведників у рай". Живопис вівтаря присвячено темі "жертви ветхозавітної", встановленню євхаристії та літургії св. Іоанна Златоуста. На склепінні бані написано "Новозавітну Трійцю" – сюжет, який включає зображення Бога Отця, хоч це заборонено другою заповіддю Мойсея. Центральною композицією наосу є зображення Першого Вселенського собору в Нікеї, на якому і був остаточно сформульований догмат Триєдності Божества. Ряд зображень присвячено діянням Святого Духа, євангельським та апокаліптичним сюжетам. Найцікавішими за живописом вважаються "Хрещення ефіопа", "Іоанн Богослов на острові Патмос" та "Вигнання торгуючих з храму". Багато також окремих композицій алегоричного змісту. Сильне враження в інтер’єрі церкви справляє різьблений позолочений іконостас: найкращий серед тих, що збереглися в Україні. В його цокольному ярусі розміщено ікони на євангельські сюжети. Завершується іконостас деісусним рядом. Найбільш видатним твором вважається ікона "Богоматір з немовлям". Червоний мафорій та яскраво-синій хітон виразно вимальовуються на золотому тлі з унікальними за композиціями картушами з монограмами Богоматері та Христа.
Високохудожні композиції талановитих художників, знайомих із західноєвропейським мистецтвом (перш за все фландрською школою), жвавий і водночас бездоганний малюнок, соковита й виразна гама фарб, багато золота, руху – все це зробило розписи Троїцької церкви видатним твором київської школи монументального живопису XVIII ст.
Великі реставраційні роботи у храмі проведено у 1881-83 та 1957-58. У 20-х pp. X-XX ст. церкву закрили і використовували як політосвітній пункт. Після останньої реставрації нона – екскурсійний об’єкт заповідника.