Одна и самых известных и главных достопримечательностей Кяхты, мимо которой не пройдешь и местом, откуда началась застройка города, является Троицкий кафедральный собор.

Первый деревянный храм с приделом во имя Святого Саввы Сербского был построен в центре Троицкосавска и освящен в 1728 году. На средства кяхтинского купечества в 1812-1817 годах был возведен в стиле русского классицизма каменный Троицкий собор во имя Живоначальной Троицы с приделами во имя Рождества Богородицы и апостолов Петра и Павла. С того места, где сейчас находятся руины собора, на берегу реки Кяхта, началась застройка города.

В главный храм и приделы свет поступал через трехчастные окна. С юга и севера храмовая часть располагала дополнительными входами, оформленными небольшими шестиколонными портиками с фронтонами и высокими крыльцами, выложенными из серого камня. Общая высота храма (до верхушки креста) составляла 30 м. Монументальная ярусная колокольня высотой 37,7 м насчитывала восемь колоколов, общий вес которых достигал 509 пудов (более 20 тонн). На колокольне были установлены башенные часы с циферблатами «на две стороны, на восток и запад, с боем в 45 пудов колокол». Храм и колокольню венчали позолоченные кресты с цепями и коронами.

В 1870 году над теплыми приделами собора был возведен второй этаж, где разместились еще два теплых придела, а также пристройка для лестницы, ведущей на второй этаж. В 1890-х годах было построено два павильона, замкнувших полукруглую площадку перед собором. Купцы не жалели денег на убранство святого места, его интерьеры были увешаны иконами и киотами, попасть на территорию храма можно было через тяжелые кованые ворота, закрепленные на каменных столбах. Собор окружала ограда из каменных столбов на цоколе и металлических решеток. Стороны ограды завершались одноэтажными флигелями служебного назначения. Троицкий собор считался самым крупным и пышным храмом Забайкалья.

Собор известен тем, что здесь с 1854 года содержалась копия чудотворной иконы Божией Матери «Сподручницы (поручительницы) грешных», которая мироточила и обладала исцеляющей силой. Ее пожертвовал храму московский отставной подполковник Д.Н. Бонческул, который в своем письме рассказывает о видении, в котором над Троицким собором был столб пламени. К ней приходили за исцелением многие больные люди. В соборе хранится «Описание чудес и исцелений от иконы Божией Матери Сподручницы грешных». Одним из исцелившихся был сын купца Я.А. Немчинова Андрей, в честь этого исцеления Немчинов построил в соборе храм Сподручницы.

Об интересном явлении в Соборе писали еще в «Восточном обозрении» в 1896 году «Из Кяхты пишут…, что в Троицкосавске привлекает особое внимание жителей и всех приезжих одно замечательное явление, бывающее по вечерам в Троицком соборе. Это так называемое «сияние». Явление это, особенно заметное в темные ночи, состоит в следующем: по мере наступления ночной темноты внутренность церкви кажется как бы освещенною; свет виден в окнах верхнего этажа (окна нижнего этажа на ночь закрываются ставнями). Освещение, вначале едва заметное, постепенно усиливается, причем и окна, вначале чернеющие на белом фоне каменного собора, постепенно освещаются ровным синеватым светом, наподобие электрического, и, наконец, ясно вырисовываются, отделяясь от стен ярким светом, происходящим будто от сильного электрического источника. Впечатление получается грандиозное, как вблизи, так и издали. Потом свет так же постепенно исчезает. Явление это бывает не каждую ночь, начинается иногда часов в 9, 10, а иногда и около первого часа ночи и продолжается часов до 2-3 утра» (Загадочное явление. – «Киевлянин», 1896, N 206, 28 июля по ст. стилю).

В 1934 году собор был закрыт и использован под нужды культуры. В нем был установлен маятник Фуко, размещена экспозиция музея. В 1963 году деревянные купол, хоры, пол храма, крыша и частично сводчатые перекрытия второго этажа сгорели во время пожара. Большая часть ограды и один из флигелей также с течением времени были утрачены.