В конце 1902 года община, к огромной радости, получила средства на строительство соборного храма.
По высочайшему повелению Государя Николая II было отпущено из государственной казны 75 000 рублей. Этого было достаточно, чтобы приступить к реализации имеющихся планов.
30 мая 1904 года была совершена закладка нового монастырского собора.
Торжество закладки собора началось накануне, 29 мая, служением торжественного всенощного бдения, которое совершал нарочито прибывший из Псково-Печерского монастыря архимандрит Мефодий вместе с монастырским притчем и протодиаконом кафедрального собора.
В самый день торжества Божественную литургию в монастырском храме совершал архиепископ Рижский и Метавский Агафангел (Преображенский) в сослужении архимандрита Мефодия и архимандрита Алексеевского Риэского мужского монастыря Иннокентия (Смирнов) (1837–1906), ректора семинарии протоиерея А. П. Аристова, ключаря кафедрального собора протоиерея Н. А. Лейсмана и членов строительного комитета — протоиерея В. П. Березского и священника Н. В. Тихомирова.
Слово говорил монастырский священник Александр Голосов.
Затем из монастырской церкви был совершен крестный ход, в преднесении двумя монастырскими священниками чудотворной иконы Божией Матери «Якобштадская», к месту закладки нового соборного храма, отстоявшему в саженях ста от церкви.
Владыка Агафангел окропил святою водою место «идеже крест водружен имать быти», а священнослужители, «вземше крест», при пении тропаря «кресту водрузившуся на земле» «водрузили» его «в предуготовленное место».
Далее Архипастырь вместе с сослужащим духовенством спустился в ров, где положено основание для горнего места, и прочитав над предуготовленным 4-х угольным камнем молитву «Господи Иисусе Христе … краеугольный сый камень, от Пречистыя Девическия горы без рук мужеского семени отсеченный, и непозыблемое своея церкве основание, иже излиянием честныя Твоя крове свою церковь основал еси …», окропил его святою водою.
Затем Владыка положил первый камень храма, созидающегося «во славу великого Бога и Спаса нашего Иисуса Христа в честь и память Живоначальныя Троицы», второй камень был положен игуменией Сергией, последующие – другими священниками.
В состав строительного комитета вошли архимандрит Иннокентий (Смирнов), протоиерей В. П. Березский, священник Н. В. Тихомиров, игумения монастыря Сергия, городской архитектор Р. Г. Шмелинг, латышский архитектор Константин Пекшен, по проекту которого строился собор, почетный гражданин Н. Д. Меркульев, купец М. Ф. Нестеров и купец М. В. Нестеров.
Исполнение работ по постройке взял на себя подрядчик Кергалв.
(по материалам Рижских, епархиальных ведомостей за 1904 год)
Храм строился в так называемом русско-византийском стиле, пятиглавый, отвечающий канонам ортодоксальной Церкви, но все пропорции строения и выраженная шлемовидная форма купола и детали, более приближены к сакральной русской архитектуре, даже более выражены нежели, чем это наблюдается, например, в Христорождественском соборе г. Риги.
В выделенных вертикальных пропорциях в декоре фасада чувствуется влияние югендстиля.
В интерпретации стилей собор уникален для г. Риги.
Внешний вид собора при всей грандиозности размеров казался как бы устремившимся ввысь.
Удачное сочетание и пропорции основных архитектурных форм усиливали выразительность здания в целом.
Завершённость несущих линий при их значительной высоте, архитектурно-художественное решение надкупольной части храма придавали сооружению, при всей его громоздкости, особую лёгкость и стройность.
В основе строительства использована традиционная форма креста.
Во внутренних углах креста возвышаются четыре многоярусные башенки.
Их архитектура так же приближена к древнерусской, широко распространённой системе строительства — восьмерик на четверике, заканчивающийся цилиндрической башенкой, над которой купол с крестом.
Боковые купола композиционно очень отдалены от массива главного купола, который находится над центральной частью (в виде креста) и перекрыт огромным куполом.
В соборе четыре входа — со всех сторон света — в конце каждого конца крестообразного плана (в т. ч. и для священников за аспидой алтаря).
Главный вход с высокими гранитными ступенями ориентирован напротив главных монастырских ворот со стороны ул. Кр. Барона (тогда ул. Суворовская).
Для облицовки фасада использован жёлтый кирпич и детали из серого цемента — нарядные входные порталы, полуовальные обрамления карнизов окон и ниш, декоративные колонки и пилястры, лепные фризы с мотивами пальметт в виде растительного орнамента.
Похожая облицовка в то время уже была использована в Христорождественском соборе, а также в храме Покрова Божией Матери.
Известно, что декоративную отделку фасада грандиозного собора Святой Троицы осуществила фирма Августа Фольца, широко известная тогда в г. Риге.
В основе внутренней тектонической системы использовано конструктивное решение покрытия несущих арок и парусов, которые создают в интерьере помещения иллюзию лёгкости и пространства.
Архитектору удалось достигнуть впечатления очень просторного, освящённого и единого помещения, где высокие окна огромного главного купола как бы ещё более усиливают направлённость вверх.
А высокие окна восточной, алтарной части освящают внутреннее помещение как бы сзади, создавая за иконостасом пронизанное особым светом помещение.
По своему внутреннему устройству собор Святой Троицы близок к построенному уже в 1903 году императорскому Морскому Никольскому кафедральному собору в Лиепайском (в то время Либавском) военном порту, который в то время представлял в архитектуре православных храмов Балтийского региона достижение инженерной мысли, где было осуществлено единое, просторное, хорошо освящённое помещение для молитвы, с высокими боковыми окнами на северном и южном фасадах.
Так же, как и там, и в соборе Святой Троицы в Риге было использовано смелое инженерно-техническое решение — с помощью перекрещённых арок тяжесть перекрытий центрального и боковых куполов перенесена на внешние стены, тем самым освободив внутреннее помещение от тяжеловесных несущих пилонов или колонн.
Здание храма опиралось на необычно глубокий фундамент, образуя нижний этаж. Такая планировка была заложена в проекте изначально и имела своё предназначение.
Через три года, когда здание уже было выведено в общих чертах, средства иссякли.
И тогда Св. Синод благословил 1 октября 1906 года провести во всех церквах Российской империи тарелочный сбор на окончание строительства.
Помощь православных людей составила около 16 тысяч. Примерно столько же поступило от частных пожертвований. Девять тысяч составили проценты с капитала самой обители.
Таким образом, весной 1907 года возобновилось строительство.
Снаружи к этому времени собор уже был завершён, и всё внимание было обращено на внутреннюю отделку, оборудование, внутреннее обустройство.
Скромные средства, которыми располагал строительный комитет, не помешали привлечь к выполнению заказов талантливых мастеров.
Особенно надо отметить первоначальный великолепный дубовый иконостас (1906–1907) главного придела и сохранившийся до наших дней иконостас (1912) нижнего храма Успения Божией Матери, которые были выполнены в Абрамцевских мастерских Саввы Мамонтова в России. Фрагменты первого иконостаса собора сохранились в виде резных киотов с иконами перед клиросами и находятся на своём первоначальном месте, а отдельные фрагменты иконостаса находятся в нижнем храме.
Первоначальный иконостас собора был изготовлен в соответствии с современными формами, подчёркивая естественные свойства дуба.
Эти уникальные для Рижского сакрального искусства произведения в стиле русского модерна были созданы по эскизам русского художника, педагога Строгоновского училища технического рисования Александра Барышникова.
Иконы обоих иконостасов были написаны в иконописных мастерских Троице-Сергиевой Лавры.
Церковная утварь приобреталась в магазинах Н. В. Немирова-Колодина.
Паникадила и подсвечники изготовлялись мастерской А. Е. Соколова.
Парчовые изделия и ризы поставил магазин петербургского фабриката Жевержеева. Благолепие и красота внутреннего убранства храма дополнялись художественным декором киотов, выполненных в лучших традициях церковно-прикладного искусства ХХ века.
Из исторических источников известно, что уже во время строительства в соборе были оборудованы отопительная система и вентиляция (фирма Langenzipen & Co), а также наружное освящение в виде фонарей (фирма Lukss).
Также внимание к обустройству и декору фасада и внутреннего помещения собора объясняется тем, что собор Святой Троицы в г. Риге принадлежит к храмам, которые возникли в Латвии во время хозяйственного процветания и расцвета православия в Латвии.
Он был задуман, как современная впечатляющая стройка, где традиционные, канонические архитектурные формы интерьера и декоративных деталей переплелись с расцветающими в эту эпоху в г. Риге и очень ценившимся, югендстилем.
А для православных верующих людей собор Святой Троицы был дорог, как величественный Дом Божий, достойный прославлять православную веру.