Die Dreifaltigkeitskirche war die erste steinerne Kirche der Kiewer Rus, erbaut an dem Ort, wo auf Befehl von Fürst Wladimir zwei Christen, das Kleinkind Johannes und sein Vater Theodor, dem heidnischen Gott Perun geopfert wurden. Der Bau der Kirche wurde von altrussischen und byzantinischen Meistern in der Zeit von 989 bis 996 durchgeführt, als Fürst Wladimir Swjatoslawowitsch einen Zehntel seiner Einkünfte dafür bereitstellte, was der Kirche ihren Namen gab. Die Kirche war der Entschlafung der Gottesmutter geweiht und stellte einen kreuzkuppeligen sechssäuligen Tempel dar, der zu Beginn des 11. Jahrhunderts von Galerien umgeben war. Sie war mit Mosaiken, Fresken und geschnitzten Marmor- und Schieferplatten geschmückt, während Ikonen, Kreuze und Geschirr aus Chersones gebracht wurden. Hier wurden Wladimir Swjatoslawowitsch, seine Frau, die byzantinische Prinzessin Anna, und die Überreste der Fürstin Olga, die aus Wyschgorod übertragen wurden, beigesetzt. Ende 1240 wurde die Kirche von den Horden des Khan Batu zerstört, die als letztes Zufluchtsort für die Kiewer diente.

Die Ausgrabungen der Ruinen begannen in den 1630er Jahren auf Initiative des Metropoliten Peter Mohyla, der die Sarkophage von Fürst Wladimir und seiner Frau Anna entdeckte. Der Schädel des Fürsten wurde in die Kirche der Verklärung des Herrn gebracht und später in die Uspenski-Kirche des Kiew-Pechersk-Lavra überführt, während der Knochen und der Kiefer an die Sophienkathedrale übergeben wurden. Die verbleibenden Überreste wurden erneut beigesetzt. An der Stelle der Dreifaltigkeitskirche baute Peter Mohyla einen Tempel zu Ehren des Heiligen Nikolaus, der bis 1824 stand. 1758 wurde die Kirche unter der Leitung der Nonne Nektaria aus dem Florov-Kloster restauriert. 1824 beauftragte Metropolit Eugenij Bolchovitinov den Archäologen K.A. Lochvitsky mit der Freilegung des Fundaments der Kirche, und 1826, Efimov. Es wurden Überreste von Marmor, Mosaiken und Jaspis gefunden, aber aufgrund mangelnder Sicherheit begannen die Ausgrabungen, geplündert zu werden.

Am 2. August 1828 begann der Bau einer neuen Kirche, deren Entwurf vom Petersburger Architekten V.P. Stasov erstellt wurde. Der neue Tempel, im imperialen byzantinisch-moskauischen Stil ausgeführt, wurde am 15. Juli 1842 von Metropolit Filaret von Kiew, dem Erzbischof von Schytomyr Nikanor und dem Bischof von Smolensk Joseph geweiht. In das Fundament des Roten Gebäudes der Kiewer Universität wurden mehrere Ziegel aus der Dreifaltigkeitskirche gelegt, was die Verbindung der Universität mit dem Erbe von Fürst Wladimir symbolisierte. 1928 wurde die Kirche von der sowjetischen Macht zerstört. In den Jahren 1938-1939 führte eine Expedition des Instituts für Geschichte der materiellen Kultur der Akademie der Wissenschaften der UdSSR unter der Leitung von M.K. Karger eine Untersuchung der Überreste der Kirche durch und entdeckte Fragmente des Mosaikbodens, Fresken, steinerne Grabstätten und Überreste der Fundamente. In der Nähe wurden die Ruinen von Fürstenpalästen, Wohnhäusern der Bojaren und Handwerksstätten gefunden. Die archäologischen Funde werden im Sophienmuseum und im Nationalmuseum für Geschichte der Ukraine aufbewahrt und zeugen von dem Stil von Chersones und der frühen byzantinischen Epoche, in der die Kirche erbaut und geschmückt wurde.