В 1747 г. сестрой тогдашнего настоятеля обители рыльской и путивльской помещицей Анной Ивановной Забелиной была построена вторая каменная церковь — Живоначальной Троицы вместо деревянной давней Троицкой церкви. За свое долгое существование Троицкий храм неоднократно реконструировался. В 1852 г. чугунные полы храма заменены деревянными и сделано новое крыльцо. В 1858 г. храм полностью перекрыт новым железом, а купол украшен множеством золоченых звезд. В 1883 г. произвели капитальную отделку внутри храма, а в 1885 г. в верхних и нижних окнах поделаны кирпичные откосы.
Рыльский Николаевский монастырь закрыли в 1926 г. Здание храма в течение всего советского периода использовалось для различных хозяйственных нужд.
В 1991 г. обитель была возвращена Церкви. Несмотря на то, что в 1960 г. постановление Совета Министров РСФСР от 30.08.1960 №1327 зданию храма был присвоен статус объекта культурного наследия федерального значения, храм на момент передачи Курской епархии находился в плачевном состоянии.
В настоящий момент Троицая церковь реставрируется.