Здание братской трапезной было построено в 1858 году. До этого трапезная располагалась в здании, где позже был устроен храм в честь преп. Марии Египетской и св. прав. Анны (сейчас идет восстановление этого храма). В новой трапезной наиболее интересным является зал братской трапезы. Он расположен в середине здания и освящается шестью большими окнами. Площадь зала — более 160 м², высота — около 5 м. Вскоре после возведения трапезы, в 1865 году, стены зала были расписаны живописцем Василием Петровичем Петровым. Живопись выполнена в стиле классицизма с элементами барокко (по словам исследователя А. Чепурнова). На потолке изображен Господь Саваоф, с горними силами и величие Пресвятой Богородицы. На стенах — два события из библейской истории: питание израильтян манною, и насыщение Господом в пустыни народа пятью хлебами и двумя рыбами; и два изображения из житий святых: видения преподобного Евфросина и преподобного Еразма Печерского. Над дверьми изображены святые — Мария Магдалина, Александр Невский, Антоний и Феодосий Печерские. В простенках западной стены между дверьми и окнами изображены во весь рост: митрополиты Платон и Филарет Московские, Филарет Киевский и Григорий, архиепископ Калужский; оптинские настоятели — архимандрит Моисей и игумен Авраамий, и старцы — иеромонахи Лев и Макарий.

После закрытия обители в 1920-е гг. храмы и здания монастыря претерпели варварское разрушение. Живописная роспись братской трапезной была просто закрашена. В трапезном зале расположился клуб. Западная стена трапезной, где были изображены фигуры некоторых Оптинских старцев и особо чтимых в обители архиереев, наиболее сильно пострадала, так как там располагалась будка с кинопроектором. В конце 1980-х гг. проводились исследовательские работы в братской трапезной. Под несколькими слоями краски и штукатурки была обнаружена чудом сохранившаяся роспись. Было принято решение о реставрации росписи. Реставрацией в начале 1990-х годов занимался известный московский художник Лев Шархун с артелью. В результате восстановлена роспись XIX века. Вновь были написаны фигуры во весь рост — преподобных Оптинских Старцев Антония, Иосифа и Варсонофия. Не восстановлена фигура настоятеля игумена Авраамия. В зале сейчас, как и до революции, братия монастыря собирается на трапезу. Роспись зала братской трапезной Оптиной Пустыни является уникальным и интереснейшим памятником церковного искусства XIX века.