Esta iglesia de piedra, la más antigua del monasterio (1422-1425), se alza sobre la tumba del fundador, san Sergio de Radonej. Los numerosos peregrinos que la visitan se postran ante el relicario de plata cincelada que contiene las reliquias del santo y está protegido por un rutilante baldaquino. Pero la joya de la catedral es sin duda el iconostasio de 42 iconos, de Andréi Rúblov y Daniil Chorny.