За столетия на территории комплекса сложился уникальный ансамбль разновременных построек, включающий более 50 зданий и сооружений. В юго-западной части монастыря находится белокаменный Троицкий собор (1422-1423), поставленный на месте первого деревянного храма XIV века. Именно вокруг него происходило формирование монастырского ансамбля. К востоку от собора в 1476 году псковскими мастерами была возведена кирпичная церковь-звонница во имя Сошествия Святого Духа на апостолов.
Успенский собор был возведен в 1559-1585 годах по типу Успенского собора Московского Кремля. Фрески Успенского собора создавались в 1684 году. У северо-западного угла собора на месте западной паперти в 1780 году была устроена палатка с шатровой кровлей над могилами семьи царя Бориса Годунова.
Напротив Успенского собора — комплекс казначейского корпуса и примыкающих к нему больничных палат с шатровой церковью Прпп. Зосимы и Савватия Соловецких (1635-1638). За ними располагаются Крепостная палата и комплекс Келарских палат (рубеж XVI-XVII вв.). На месте древней надвратной церкви во имя Преподобного Сергия Радонежского (1513) у главного входа в монастырь был построен пятиглавый надвратный храм в честь Рождества св. Иоанна Предтечи (1692-1699).
Декорированная белокаменной резьбой трапезная с храмом Преподобного Сергия Радонежского (1686-1692) выполнена в стиле «нарышкинского» барокко — русской версии одного из великих европейских стилей. До конца XVII в. в Троице-Сергиевом монастыре в том же стиле были возведены Царские чертоги, Надкладезная часовня и уже упомянутая надвратная церковь в честь Рождества святого Иоанна Предтечи.
Центральное место в архитектурном ансамбле Троице-Сергиевой Лавры занимает великолепная пятиярусная колокольня, которая видна со всех сторон за несколько километров до подъезда к монастырю. По архитектурной композиции, изяществу силуэта и декоративному убранству здание колокольни принадлежит к лучшим памятникам русского зодчества XVIII века.
Недалеко от колокольни в 1792 году поставлен памятный четырехгранный памятный обелиск, сложенный из дикого камня.
Крепостные стены с одиннадцатью башнями (от двенадцатой сохранился лишь фундамент) (1540-1550 гг.) общей протяженностью 1370 м опоясали монастырь неправильным четырехугольником, сохраняя древнюю «четверообразную» планировку. Современный вид крепостные сооружения приобрели в середине XVIIв., когда велись работы по их усилению и совершенствованию.
За стенами юго-западной части монастыря, рядом с речкой Кончурой, напротив Водяной башни был разбит Пафнутьев сад. Здесь на территории, обнесенной в 1778 году невысокой каменной оградой, в 1895 году построен больнично-богадельный корпус с храмом Прп. Иоанна Лествичника (в настоящее время — помещения Московской духовной семинарии).