Церковь Троицы в Вишняках впервые упоминается в 1642 году как деревянная постройка в стрелецкой слободе. В 1678 году стрельцы из «Матвеевского приказа Вишнякова» возвели её в камне в память о погибших при осаде Чигирина товарищах. Переулок, на углу которого стоит храм, ранее назывался Лужниковским (или Лужнецким), но в 1922 году его переименовали в Вишняковский, чтобы избежать одноимённости московских улиц.

Судьба Матвея Михайловича Вишнякова, стрелецкого головы, сложилась трагично. Во время стрелецкого бунта 1682 года его отправили в отставку, а затем арестовали вместе с отцом, дьяком Михаилом Вишняковым. Оба подверглись пыткам, и отец погиб, а Матвея постригли в монахи и сослали. Дальнейшая его судьба неизвестна.

В начале XIX века церковь была полностью перестроена на средства купца Семёна Логиновича Лепёшкина, чья усадьба находилась напротив. Лепёшкин был купцом 1-й гильдии, коммерции советником, потомственным почётным гражданином и с 1846 по 1849 годы московским городским головой. В его время Московское купеческое общество создало фонд для покупки хлеба в неурожайные годы, собрало пожертвования на иллюминацию Красной площади и Гостиного двора к 700-летию Москвы и учредило лечебницу на случай эпидемии холеры. Храм был готов к освящению, но из-за нашествия Наполеона освятить его не успели, и после ухода французов церковь пришлось ремонтировать.

В 1826 году к церкви пристроили новую колокольню в классическом стиле. В конце XIX века храм обновили. Звон колоколов Троицкой церкви произвёл на знаменитого звонаря К. К. Сараджева сильное впечатление в детстве и повлиял на его судьбу.

В 1922 году церковь, как и другие московские храмы, подверглась разграблению новой властью, из неё изъяли значительное количество золотых и серебряных изделий. Вскоре храм закрыли, снесли домик причта и павильон. В здании размещались различные конторы, а в 1980-х годах здесь находился отдел кадров «Московского конструкторского технического бюро». В 1991 году церковь первой в Замоскворечье вернули верующим. Сегодня она является храмом православного Свято-Тихоновского гуманитарного университета, где преподаватели и студенты факультета церковных художеств занимаются оформлением интерьера. В алтаре выложена мозаика из смальты в византийском классическом стиле.