Собор Троицы Живоначальной, первый каменный храм Троицкого Данилова монастыря, был построен в 1530-1532-х годах по случаю рождения у Василия III и Елены Глинской наследника - будущего царя Ивана IV Грозного. Впоследствии и сам Иван Грозный часто посещал Переславль и жертвовал приличные суммы денег на развитие монастыря, тем более, что преподобный Даниил был его крёстным отцом.
Период Смутного времени в России на стыке XVI и XVII столетий почти разорил монастырь. Его последующее возрождение во второй половине XVII века связано с именем князя Ивана Петровича Барятинского, который на свои средства отстроил почти всё монастырское подворье, и сам, будучи глубоким стариком, постригся в монахи под именем Ефрем.
В то время, в 1660 году к собору добавилась новая пристройка - придел на месте, где захоронили святого Даниила. В результате получилась небольшая церковь, которая и сейчас соседствует со своим старшим соседом - собором Троицы Живоначальной.
Ещё позже, в 1689 году, с северной стороны придела возвели шатровую колокольню. До сих пор в соборе сохранились некоторые уникальные настенные росписи, выполненные в 1662-1668-х годах артелью Гурия Никитина, известного также своими работами в Борисоглебском монастыре.
Собор выстроен из кирпича, в нём три апсиды и один купол на высоком барабане. Скромная одноглавая церковь Даниила немного теряется на фоне более массивных сооружений.
С 1954 года храм находился под контролем Переславль-Залесского историко-архитектурного музея, а сейчас его делят между собой музей и епархия.
