La zona donde se ubicaba el monasterio de la Trinidad pertenecía originalmente a la vecina aldea de Naprudnoye. Más tarde, se establecieron aquí los arrieros de Pereyaslav, y a principios del siglo XVII, la tierra fue entregada al monasterio de la Trinidad de San Sergio, lo que llevó a la formación de la sloboda negra de la Trinidad. En esta sloboda, alrededor de 1631, se construyó una iglesia de madera en honor a la Santa Trinidad con una capilla dedicada a los santos Sergio y Nicolás de Radonezh, lo que se explicaba por la conexión con el monasterio. Después de varias iglesias de madera que se sucedieron, en 1696 se erigió un templo de piedra. Sin embargo, también fue reconstruido tras el colapso de la cúpula en 1726, como resultado de lo cual la iglesia adquirió elementos de estilos arquitectónicos de diferentes épocas.

El comedor y el cuerpo principal de la iglesia están decorados con ventanas con marcos en el estilo barroco de Naryshkin, con volutas y crestas. El octógono que corona el templo principal fue construido más tarde, después del colapso de la cúpula, y está realizado en barroco europeo: los marcos de las ventanas están adornados con rocaille, lo que les da aún más exuberancia. La parte superior octogonal del campanario está coronada por un alto pináculo. Posteriormente, la apariencia de la iglesia prácticamente no cambió, excepto por la ampliación del comedor en 1851 para crear una capilla de la imagen de la Virgen María de Vladimir.

En el siglo XIX y a principios del XX, el monasterio de la Trinidad albergaba la residencia de los arzobispos de la diócesis de Moscú. Desde 1917 hasta 1922, aquí residió el patriarca Tikhon, pero tras su arresto, el territorio fue entregado a los "renovadores". Sin embargo, no sirvieron aquí por mucho tiempo: a finales de la década de 1920, la iglesia de la Trinidad fue cerrada. En el edificio se instalaron diversas oficinas y luego una dirección de montaje. Desde finales de la década de 1970, la iglesia se hizo visible desde el bulevar Olímpico tras la demolición de la mayor parte de la histórica sloboda de la Trinidad con sus casas de madera. Más tarde, el templo fue utilizado por la Orquesta Sinfónica de Moscú. A pesar del cambio de usuarios, la apariencia de la iglesia en general se ha mantenido, en los interiores ha quedado una rica decoración barroca, cartuchos de estuco y sellos para íconos. Desde 1993, el territorio se ha ido transfiriendo gradualmente a la comunidad eclesiástica, y más tarde se recreó el monasterio de la Trinidad de San Sergio junto a la iglesia.