В июне 1930 года митрополит Евлогий (Георгиевский) вместе с подчинёнными приходами и клиром решил выйти из юрисдикции Московского Патриархата. Однако шесть мирян, включая пятерых членов Братства во имя святого Фотия, не поддержали это решение. Они сообщили о своём несогласии митрополиту Сергию (Страгородскому), который благословил митрополита Литовского и Виленского Елевферия (Богоявленского) на духовное окормление тех, кто остался верен Русской Православной Церкви. Позже к ним присоединились священники и епископ Вениамин (Федченков).

3 января 1931 года Администрация приходов Западной Европы во главе с митрополитом Евлогием получила указ от Московского Патриархата о передаче Братства святого Фотия в его ведомство. 6 января был издан указ о запрете митрополита Евлогия и назначении митрополита Елевферия экзархом Западной Европы.

Во время Великого поста 1931 года митрополит Елевферий неоднократно посещал Париж и служил на частной квартире. В марте того же года епископ Вениамин (Федченков) провёл епархиальное собрание с небольшой группой эмигрантов, оставшихся верными Московскому Патриархату. Было принято решение о создании прихода, и на rue Pétel, 5 арендовали помещение, ранее служившее подвалом велосипедной фабрики. Храм разместился в подвале.

Храм, согласно уставу Братства святого Фотия, получил двойное наименование: в честь Трёх вселенских учителей и святителей (Василия Великого, Григория Богослова и Иоанна Златоуста) и святителя Тихона Задонского, что символизировало верность Вселенскому Православию и Русской Православной Церкви. В храме освятили два алтаря. В верхнем помещении устроили трапезную и монашеские кельи. Епископ Вениамин был вдохновителем этого начинания. Первое богослужение состоялось на Пасху 1931 года.

С 1931 года при храме начало работать издательство, выпускавшее духовную и просветительскую литературу. Благодаря усилиям епископа Вениамина и прихожан была приобретена Иверская икона Божией Матери, вывезенная из Москвы армией Наполеона в 1812 году.

Храм получил статус Патриаршего подворья и стал известен как Трёхсвятительское подворье. На верхнем этаже была устроена типография во имя отца Иоанна Кронштадтского. В 1933 году Леонид Успенский и Георгий Круг расписали первый иконостас прихода по просьбе архимандрита Афанасия (Нечаева).

В марте 1934 года епископ Вениамин уехал в США, и новым настоятелем стал архимандрит Афанасий (Нечаев), который скончался в 1943 году. С 1946 года храм подворья стал кафедральным собором Западноевропейского экзархата Русской Православной Церкви.

В 1953 году по инициативе епископа Николая (Еремина) открылись Православные богословско-пастырские курсы. Слушатели участвовали в богослужениях и жили при храме.

В 1958 году здание, где находилась церковь, было снесено. Владельцы земли согласились разместить храм в новом здании, при условии, что его внешний вид не будет напоминать о сакральном значении. Архитектор Марк Сала спроектировал церковь как «торговое помещение». Пастырские курсы и монашеская община были переведены в Вильмуассон.

Интерьер церкви, оформленный в русском стиле, был украшен фресками и иконами работы Леонида Успенского и монаха Григория (Круга). Работы завершились в 1960 году.

В феврале 1981 года подворье отметило своё 50-летие. Торжества возглавил митрополит Минский и Белорусский Филарет (Вархомеев).

В конце 2003, начале 2004 года архиепископ Иннокентий (Васильев) провёл капитальный ремонт Трёхсвятительского храма.

12 февраля 2016 года в Большом зале Мэрии 15-го округа Парижа состоялся концерт духовной музыки, посвящённый 85-летию основания Трёхсвятительского подворья.