Надвратная колокольня строилась на протяжении 1829-1837 годов. Ее проект разработал городской архитектор Андрей Меленский, который в 1824 году подобным образом реконструировал колокольню Флоровского женского монастыря. Превалирующим архитектурным стилем этого времени был классицизм, и все строения Меленского подчинялись его основным правилам. Излишняя пышность декора, присущая барокко, сменилась торжественной строгостью нового стиля, которому вполне соответствовала колокольня Троицкого монастыря в Китаево. Руководил строительством архитектор Иван Богданов.

Высота китаевской колокольни составляла 47 метров. Ее нижний ярус, в котором размещались Святые врата обители, был прямоугольным в основании. Три верхние яруса, украшенные полуколонками коринфского и композитного ордеров, были круглыми в плане. Стройную башню завершал сферический купол с высоким шпилем. Мелодичный перезвон колоколов Китаевской пустыни был слышен далеко за ее пределами.

В 1932 году Надвратная колокольня монастыря была разобрана на кирпич.