Спустя 20 лет после основания Казанского монастыря во многом благодаря деятельности митрополита Гермогена началось каменное строительство. Каменный храм с престолом, посвящённым явлению чудотворной Казанской иконы, и двумя приделами, Успения Пресвятой Богородицы и св. князя Александра Невского, был возведён за один строительный сезон – заложен в апреле и освящён 27 октября 1595 г. О его облике исследователи судят по гравюре XVIII в. и косвенно – по архитектурному облику соборного храма в казанском в честь Преображения Господня монастыре, который возводился в тот же период и, как полагают исследователи, теми же московскими мастерами. На гравюре виден больших размеров кубический храм с пятью главами, центральная расположена чуть выше боковых. Барабаны были световыми, их высокие грушевидные купола исследователи относят ко второй четверти – середине XVIII в. По мнению исследователей, в тот же период была изменена кровля собора с четырёхскатным перекрытием вместо сводчатого. Фасады были разделены лопатками-пилястрами, несущими арки-закомары. На местных жителей новый собор произвёл большое впечатление, как «предивный». Исследователи полагают, что тогда появились надвратные церкви, престолы которых составили храмовый ансамбль обители. В 1694 г. Казанский монастырь пострадал от пожара, а к 1739 г. в нём кроме соборного храма и тёплой Богородице-Рождественской церкви с приделом великомученика Никиты была каменная ограда с надвратными храмами: над св. воротами – церковь во имя апостола Иоанна Богослова, над другими воротами – церковь во имя св. царевича Дмитрия Московского. Колокольня с западной стороны холодного храма также была возведена в XVII в.: два нижних яруса колокольни были в виде четвериков, отделанных несколькими оконными проёмами с наличниками, пилястрами на углах и фризами в верхней части, выше – четыре яруса восьмериков с арочными проёмами, которые завершались двухъярусной горкой кокошников с маленькой главкой. В 1742 г. монастырь пострадал во время городского пожара, ещё раз его собор был сожжён пугачёвцами в 1774 г. Здание находилось в крайней степени разрушения и представляло опасность. К 1791 г. по инициативе архиепископа Казанского Амвросия (Подобедова) архитектор Иван Егорович Старов создал план и разработал вид фасада нового здания собора, утверждённые императрицей Екатериной II. В 1796 г. старый собор был разобран, а 30 мая 1798 г. в присутствии императора Павла I и цесаревичей Александра и Константина Павловичей заложено новое здание.