Головинский монастырь Казанской иконы Божьей Матери посещали Московский митрополит Иоанникий (Руднев), Дмитровские викарные епископы Леонид (Краснопевков) и Амвросий (Ключарёв), Трифон (Туркестанов), иеросхимонах Аристоклий Афонский (Амвросиев), старец Захария (Минаев; 1850–1936 гг.), отстранённый от управления Сербской митрополией и проживавший в России митрополит Михаил (Йованович; 9 февраля 1887 г.), обер-прокурор Синода Константин Петрович Победоносцев с супругой (30 мая, по другим сведениям, 30 марта 1883 г.) и др. К 1880 г. первоначальная домовая Спасская церковь (1872 г.) не вмещала всех насельниц, поэтому в Головинском монастыре Казанской иконы Божьей Матери на средства купца Н.И. Сидорова была построена отдельная деревянная на каменном фундаменте церковь в честь Казанской иконы Божьей Матери с деревянной колокольней над папертью. В храме был установлен трёхъярусный резной иконостас. На колокольне висело восемь колоколов, самый крупный весил 32 пуда. 19 октября 1882 г. Московский митрополит Иоанникий (Руднев) в сослужении настоятеля Данилова московского монастыря архимандрита Амфилохия (Сергиевского-Казанцева), ризничего Чудова монастыря иеромонаха Сергия, благочинного протоиерея Никанора Румянцева и священника Василия Успенского совершил освящение церкви. Это был первый храм, освящённый митрополитом Иоанникием (Рудневым) в Московской епархии, в которую он прибыл 27 августа того же года. Одновременно с 1882 г. в Спасской церкви служили только ранние литургии и молебны для немощных сестёр. Когда Казанская церковь не стала вмещать молящихся сестёр и паломников, попечитель общины Н.И. Сидоров обратился к митрополиту Иоанникию (Рудневу) с прошением разрешить пристроить к ней придел во имя Святой Троицы, но Московский святитель ответил: «Потерпите, может быть, Бог даст, что у вас будет и каменный храм». В 1885 г. вологодский купец Николай Никитич Киселёв, похоронив в Головинском монастыре Казанской иконы Божьей Матери супругу, решил выстроить каменную церковь. 1 сентября 1885 г. закладку соборного храма во имя Святой Троицы совершил Дмитровский епископ Мисаил (Крылов), через два года – Московский митрополит Иоанникий (Руднев) в сослужении благочинного общежительных монастырей волоколамского архимандрита Сергия, настоятеля московского в честь Покрова Пресвятой Богородицы монастыря архимандрита Андрея, а также протоиерея Аристарха Александровича Израилева, клирика церкви во имя Стефана Пермского при первой московской мужской гимназии, автора исторического описания обители (М., 1889 г.), освятил церковь. Постройка собора оценивалась в 47 500 руб. 6 сентября того же года благочинный священник Николай Буровцев освятил правый придел в честь Черниговской иконы Божьей Матери, архимандрит Амфилохий (Сергиевский-Казанцев) – левый придел во имя равноапостольной Марии Магдалины. В основном приделе установили четырёхъярусный иконостас, в боковых приделах – двухъярусные иконостасы, а над западной папертью обустроили ризницу. Своды и стены собора расписали на средства Павла Корнева, крестьянина села Рогачёва Дмитровского уезда Московской губернии. В 1889–1892 гг. на средства купчихи Акилины Алексеевны Смирновой (монахини Рафаилы) и сергиево-посадского купца Ивана Ефимовича Ефимова был сооружён каменный двухэтажный больничный корпус с церковью во имя мученицы Акилины, кельями, больницей, богадельней для престарелых сестёр и «читальней» (постройка оценивалась в 20 тыс. руб.).