Надвратный храм Преподобного Нила Столобенского расположен на святых восточных вратах в связи с Архиерейскими покоями. Храм построен в 1751-1755 годах на сборные деньги по благословению Тверского епископа Митрофана и освящен в 1755 году игуменом обители Феодосием . Первоначально церковь венчал восьмигранный фонарь с пятью главами, впоследствии в 1838 году, созвучно архитектуре возведенного нового Богоявленского собора, замененный ротондой с шейкой, увенчанной шаром с крестом. Храм построен по одному проекту с надвратным храмом Донского монастыря в. Москве.