Храм, посвященный Преподобному Сергию, расположен с южной стороны Зачатиевского собора, над соборной ризницей и Никольским храмом. Сергиевская церковь существовала уже в конце XVI века. Во Вкладной книге монастыря упоминается, что в 1618 году архимандрит Иосиф жертвовал деньги на ремонт Сергиевского храма, пострадавшего в разрушительное и бедственное время междуцарствия. Храм неоднократно перестраивался и ремонтировался. В нем сохранялся иконостас XVIII века. Царские врата являлись одним из лучших образцов русской резьбы по дереву XVII века.
Реконструкция интерьера Сергиевского храма была начата зимой 1996 года. Храм был вновь оштукатурен, заменены оконные рамы и двери, настелены дубовые паркетные полы. Изящная резьба трехъярусного иконостаса и настенных киотов выполнена выпускниками Абрамцевского художественного училища в стиле XVI века. Особенно великолепно тончайшее кружево Царских врат. Иконы иконостаса и чудная настенная живопись воспроизведены в древнерусском стиле художником В.В. Артемьевым.
В куполе храма - изображение Святой Троицы и трех евангельских событий - искушения Христа в пустыне, омовения ног и моления о чаше. Они напоминают нам о необходимости неустанной борьбы с искушениями, непрестанной молитвы, смирения и послушания. Ниже - жизнь Преподобного Сергия, образец монашеских трудов и подвигов.
Здесь находится старинная чудотворная икона Божией Матери "Всех скорбящих Радость". В одном из ныне уничтоженных подмосковных храмов она особенно чтилась, с крестными ходами по просьбам верующих ее носили по окрестным селениям. В храм Преподобного Сергия с галереи собора ведет узкая крутая лестница.
Освящение храма состоялось 6 сентября 1996 года, в день празднования явления Божией Матери Преподобному Сергию. Освящение совершалось ночью в присутствии только братии, так как храм не мог вместить богомольцев. Необычность священнодействия, ночной крестный ход под звон колоколов напомнили Пасху. В дни, связанные с памятью Преподобного Сергия (18 июля, 6 сентября, 8 и 20 октября) в Сергиевском храме совершается ранняя Литургия.
