Фахівці відносять цей храм до слобожансько-полтавського архітектурного стилю епохи „українського бароко“. Утім, ця споруда вважається унікальною перлиною української дерев'яної архітектури. Сучасного вигляду Троїцький собор набув 1888 року в результаті перебудови за планом архітектора Харманського. Попри декларування, що перебудова здійснювалася „за старим зразком“, Харманський вніс в архітектуру собору достатньо багато змін, не порахувавшись з задумами будівничих XVIII ст., які створювали певні оптичні ілюзії для кращого візуального сприйняття споруди.