Согласно Патриаршим книгам, приходская церковь «Кира и Иоанна под Симоновым, в Кожевниках» была основана в Кожевенной слободе еще в первой половине XVII века. По клировым ведомостям 1686-1688 годов, храм был перестроен по указу царей Иоанна и Петра Алексеевичей, а также царевны Софии Алексеевны на земле, выделенной из Дворцового Кожевнического луга, и освящен 17 августа 1702 года.

Точная дата постройки колокольни неизвестна, но предполагается, что она была возведена до 1714 года, когда каменное строительство было запрещено. Возможно, проект колокольни разработал архитектор И.П. Зарудный. В последующие годы храмовый комплекс претерпел изменения: между колокольней и четвериком была построена трапезная с двумя приделами, окончательно завершенная к 1766 году. Галерея колокольни была возведена в период с 1767 по 1772 годы. Крупные московские пожары 1737 и 1812 годов не нанесли значительного ущерба Троицкой церкви, она лишь слегка обгорела.

В 1823 году по просьбе священнослужителей и прихожан церковь была окружена каменной оградой. Декоративное оформление различных частей комплекса (храма, колокольни, трапезной с приделами) не отличается стилевым единством. В оформлении фасадов храма присутствуют черты «московского барокко»: оконные проемы обрамлены трехчетвертными колонками с ионическими капителями, а входы украшены резными белокаменными порталами с витыми колоннами и коринфскими капителями. Ребра восьмигранных барабанов выделены тонкими колоннами. Храм имел богатое внутреннее убранство благодаря пожертвованиям московских купцов Бахрушиных. Алексей Александрович Бахрушин, основатель Театрального музея, венчался в этом храме.

Колокольня украшена элементами, характерными для барокко середины XVIII века: лепными гирляндами, головками ангелов и волютами. Углы восьмигранных ярусов оформлены строенными пилястрами. Фасады галереи расчленены пилястрами и колоннами коринфского ордера, а центральные части фасадов украшены лучковыми фронтонами с изображением Архангела Михаила. Трапезная с приделами декорирована карнизами, лопатками и главками на восьмигранных барабанах.

Троицкая церковь благодаря своей высоте и силуэту была визуальной доминантой малоэтажной застройки Кожевнической слободы. В XVIII и начале XIX века церковь владела значительным участком земли, на котором располагались дома причта и богадельня. С расширением города район стал застраиваться промышленными предприятиями и многоэтажными домами, появилась железная дорога. Церковный участок почти полностью застроили: рядом с храмом появились заводские корпуса, а в 1930-е годы, здание школы. В 1935 году храм был закрыт и разграблен. Позже здесь размещались склады, жилье и заводской цех, а затем мастерские Всесоюзного производственного научно-реставрационного комбината.

Первый проект реставрации Троицкой церкви был разработан в 1953-1954 годах, а в 1972-1974 годах проведены реставрационные работы по колокольне. В 1983 году был выполнен проект реставрации с приспособлением под концертный зал Государственного камерного хора Министерства культуры СССР. Реставрация прошла в 1983-1994 годах, но приспособление не было реализовано, так как в 1992 году храм был возвращен Русской Православной церкви.