В 1650 году царь Алексей повелел боярину Никите Боборыкину начать возводить каменные стены и башни обители. Саввино-Сторожевский монастырь стоит на дороге в Польшу, в XVII веке основная угроза исходила с этой стороны. Царь решил не восстанавливать ветхие и частично погоревшие деревянные укрепления Звенигорода, а главной крепостью сделать монастырь. Сюда перевезли запасы пороха. Под горой Сторожей выделили землю для поселения стрельцов – «саввинских пушкарей». На берегу Москвы-реки заложили кирпичные заводы для обеспечения грандиозной стройки. Крепость возводил зодчий Иван Кашин с сотнями мастеров из разных областей. Протяженность стен 760 метров, высота – до девяти метров, ширина – около трех. Башен построили семь, сейчас осталось шесть. Главный вход в обитель находится под Красной башней. Два разной величины сводчатых проезда ворот вели в замкнутый внутренний дворик. С наружной стороны сохранились киоты над изображениями Богоматери, преподобных Сергия и Саввы. Над высокой тесовой крышей Красной башни возвышается смотровая площадка.
Внутренний двор за Красной башней замыкало здание Троицкой церкви. Для прохода на территорию монастыря нужно было подняться по изогнутой углом лестнице под аркой этого храма. Подобная компоновка, с одной стороны, обусловлена перепадами высот холма, с другой стороны, подобным образом устроен проход в Троице-Сергиев монастырь – надвратный храм размещен не в крепостной башне, а в следующем строении. И для обороны подобная многоступенчатость была кстати. Троицкий храм построили в 1651 году. Это один из последних шатровых храмов: скоро патриарх Никон объявил шатровые храмы не соответствующими церковному канону. В 1807 году на средства Наталии Шереметевой к церкви пристроили трапезную в классическом стиле для устройства семейной усыпальницы одной из ветвей рода Шереметевых.
Огромный царский дворец длиной по фасаду 100 метров соорудили в 1654 году. Каждый член царской семьи занимал свои покои с отдельным входом. Напротив стояли палаты царицы Марии Милославской, сооруженные также в 1654 году. Фигурные детали дворца выделены суриком, перед входом в парадные помещения возведено богатое крыльцо на пузатых столбах. Главный вход украшен белокаменным резным порталом с одноглавым орлом в центре, напоминающим о литовском происхождении рода Милославских, и двуглавыми орлами по сторонам. Царский дворец соединялся переходом с Рождественским собором, а женский корпус – с соседней Троицкой надвратной церковью, которая стала домовым храмом царицы.
Сейчас в Царицыных палатах размещена экспозиция Звенигородского исторического и художественного музея, посвященная истории города, и выставка «Покои боярыни». Музей открылся в монастыре в 1921 году как «музей церковной живописи и архитектуры XVII столетия». В 1927 года его закрывали для устройства коммуны беспризорных. В 1939 году выгоняли после расквартирования воинской части. Могли закрыть в третий раз после возвращения обители РПЦ. Но музей жив – редкий случай в Подмосковье, когда монастырь уживается на одной территории с государственным учреждением культуры.
Трапезная палата, Преображенская церковь и звонница составляют единый комплекс. Трапезная, возведенная в 1654 году, поражала современников размерами. Подклет был углублен на шесть метров землю, в нем находился ледник и 15-метровый колодец. Выше размещалась монастырская кухня и кельи для служителей. Кухонные печи с помощью воздуховодов обогревали трапезный зал на втором этаже. Площадь зала составляла 500 квадратных метров, на два метра больше, чем у Тронного зала Грановитой палаты Московского кремля. Только своды московского зала опирались на один центральный столб, а в монастыре опорами служили два столба. Многочисленные окна трапезной палаты застеклили настоящим стеклом. Вход в трапезную палату был со стороны Соборной площади по широкой лестнице через площадку звонницы. На третьем этаже над Трапезной палатой размещалась монастырская казна с тайниками в стенах. Одноглавая Преображенская церковь поставлена на высокое основание с таким расчетом, чтобы ее западный портал выходил в столовую палату. В 1806 году здание трапезной сильно перестроили для размещения в нем духовного училища: разобрали последний этаж и перепланировали внутренние пространства.
