La région où se trouvait le domaine de la Trinité appartenait à l'origine au village voisin de Naprudnoye. Plus tard, des cochers de Pereyaslav s'y installèrent, et au début du XVIIe siècle, la terre fut transférée au monastère de la Trinité-Saint-Serge, ce qui conduisit à la formation de la sloboda noire de la Trinité. Dans cette sloboda, vers 1631, une église en bois dédiée à la Sainte Trinité avec une chapelle des saints Serge et Nikon de Radonège fut construite, en raison des liens avec le monastère. Après plusieurs églises en bois qui se succédèrent, un temple en pierre fut érigé en 1696. Cependant, celui-ci fut également reconstruit après l'effondrement de son dôme en 1726, ce qui donna à l'église des éléments architecturaux de différents styles d'époques.

La salle à manger et le carré principal de l'église sont ornés de fenêtres avec des encadrements dans le style baroque de Narychkine, avec des volutes et des crêtes. Le tambour couronnant le temple principal fut construit plus tard, après l'effondrement du dôme, et réalisé dans le style baroque européen : les encadrements des fenêtres sont décorés de rocailles, ce qui leur confère encore plus de richesse. Le sommet octogonal du clocher est surmonté d'une haute flèche. Par la suite, l'apparence de l'église a pratiquement peu changé, à l'exception de l'agrandissement de la salle à manger en 1851 pour créer une chapelle de l'icône de la Mère de Dieu de Vladimir.

Au XIXe et au début du XXe siècle, le domaine de la Trinité abritait la résidence des archevêques de l'Éparchie de Moscou. De 1917 à 1922, le patriarche Tikhon y résida, mais après son arrestation, le territoire fut transféré aux "rénovateurs". Cependant, ils ne restèrent pas longtemps : à la fin des années 1920, l'église de la Trinité fut fermée. Le bâtiment abrita divers bureaux, puis une direction de montage. À la fin des années 1970, l'église devint visible depuis le boulevard Olympique après la démolition de la majeure partie de l'historique sloboda de la Trinité avec ses maisons en bois. Plus tard, le temple fut utilisé par l'Orchestre symphonique de Moscou. Malgré le changement d'utilisateurs, l'apparence de l'église est restée globalement intacte, avec une riche décoration baroque dans les intérieurs, des cartouches en stuc et des marques pour les icônes. Depuis 1993, le territoire a été progressivement transféré à la communauté ecclésiastique, et plus tard, un domaine du monastère de la Trinité-Saint-Serge fut recréé près du temple.