В 1872 году известный промышленник и железнодорожный магнат Павел Григорьевич фон Дервиз основал в Сокольниках детскую больницу святого Владимира в память о своем сыне Владимире, который умер в младенчестве. Больничный комплекс, спроектированный профессором архитектуры Р.А. Гедике и состоящий из восьми корпусов на 180 коек, был открыт в 1876 году. По желанию основателя, 100 мест предназначались для бесплатного лечения детей из малообеспеченных семей. В 1881-1883 годах по проекту архитектора А.П. Попова была построена церковь во имя Троицы Живоначальной.

Храм выполнен в неорусском стиле, вдохновленном московским церковным зодчеством XVII века. Его четверик установлен на высоком подклете и украшен кокошниками с одной главой на барабане. Фасады декорированы расписными изразцами. С запада к четверику примыкает колокольня с шатровым завершением, а с востока, широкая алтарная апсида с малой главкой. Интерьеры церкви были оформлены из итальянского мрамора и различных пород дерева, а утварь, созданная по эскизам профессора Д.А. Гримма, была привезена из Лугано. В подцерковье находилась фамильная усыпальница фон Дервизов, где похоронены Павел Григорьевич и его родственники.

В начале 1920-х годов Троицкая церковь была закрыта, здание использовали как общежитие, и оно утратило почти все внутреннее убранство. В 1960-х годах пожар уничтожил остатки интерьеров, после чего здесь разместили бойлерную Русаковской больницы, как в советское время называлась бывшая больница святого Владимира. Фасады пострадали от огня и небрежного отношения, а изразцы частично были разбиты.

Возрождение храма Троицы Живоначальной началось в 1994 году. Сегодня он снова открыт и функционирует как домовая церковь при больнице, которой возвращено историческое название.