В нескольких километрах от Ялты расположено одно из самых известных мест Крыма, курортный посёлок Ливадия. Ежегодно тысячи туристов приезжают сюда, чтобы посетить Ливадийский дворец, который служил летней резиденцией русских царей. Во время экскурсии гостям обязательно показывают дворцовую церковь, где молились три поколения императоров: Александр II, Александр III и Николай II.

В 1860 году Удельное ведомство приобрело усадьбу графа Л.С. Потоцкого для строительства дворца. Император Александр II подарил Ливадию своей супруге, императрице Марии Александровне, страдавшей чахоткой и нуждавшейся в лечении на юге. Архитектору Ипполиту Монигетти поручили создать архитектурный комплекс, включающий два дворца, служебные помещения, оранжереи, бассейны и дворцовую церковь. Церковь, переделанная из костела в 1864 году, была ориентирована на юг, а не на восток, как принято в православии. Монигетти оформил её в византийском стиле, вдохновившись древнегреческой церковью святого Луки. Храм был рассчитан на императорскую семью и ближайшее окружение. Здание имеет форму креста, вытянутого с севера на юг, и украшено куполом на световом барабане, который позже был заменён. Восточная стена украшена арочными окнами, а в оформлении использованы орнаменты в стиле Закавказья.

Интерьер церкви также выполнен в византийском стиле художником Изелло по эскизам Монигетти. Иконы написал известный художник Александр Егорович Бейдеман, за что был награждён орденом Святого Станислава 2-й степени. Особым украшением стал иконостас из белого мрамора, с царскими вратами и алтарными дверями из резной бронзы. По обе стороны от иконостаса находились два аналоя: один с храмовой иконой, другой с древним образом, украшенным драгоценными камнями. Перед иконостасом стояли серебряные подсвечники. Свод церкви был голубым с золотыми звёздами, символизируя небо, а в центре висела люстра. Из церкви в ризницу вела небольшая дверца, откуда можно было попасть в кабинет императора Александра III.

Рядом с храмом по проекту Д.И. Гримма построили звонницу, украшенную резным орнаментом. При Александре III установили мраморную колонну в память о русско-турецкой войне 1877-1878 годов. Из-за протекающей крыши была повреждена главная икона, которую заменили мозаикой, выполненной фирмой А. Сальвиати в 1888 году.

При перестройке дворца в 1910-1911 годах архитектор Н.П. Краснов сохранил здание церкви, внеся небольшие изменения. Он увеличил придел и закрыл галерею, соединяющую храм с дворцом. Портал украсила мозаичная икона «Архангела Гавриила», выполненная в мастерской профессора П.П. Чистякова, который также расписал новый притвор.

В Ливадийском храме проходили важные события для царской семьи и России. В 1894 году здесь умер Александр III, и состоялись панихида и присяга Николая II. Святой Иоанн Кронштадский миропомазал невесту Николая, принцессу Алису Гессенскую, которая стала княгиней Александрой Фёдоровной. Однако венчание Николая II и Александры Фёдоровны не состоялось в Ливадии из-за возражений родственников.

После установления советской власти в Ливадии открыли санаторий, а церковь закрыли и использовали как клуб, склад и музей. Только мозаика архангела Гавриила и звонница напоминали о прошлом. Иконостас и мраморная облицовка не сохранились, стены были расписаны под серый мрамор. Однако мозаичное панно на тему Воздвижения Креста Господня сохранило свою яркость.

В 1991 году в храме возобновились богослужения. Возрождение шло медленно: сначала появился фанерный иконостас, затем дубовый аналой с резьбой. Слева и справа от алтаря установили резные дубовые киоты для икон Божией Матери «Державная» и Святого Иоанна Кронштадского.