Среди современных зданий, жилых домов и офисных центров этот храм выделяется своей высокой колокольней, вытянутым шатром и богатым убранством фасадов в неорусском стиле. Трудно поверить, что ещё недавно здание выглядело гораздо менее ухоженно.

Во второй половине XVII века дорога в подмосковное село Шаболово (ныне район пересечения Новочерёмушкинской улицы и Нахимовского проспекта) постепенно заселяется. Возникает необходимость в приходской церкви, и в 1698, 1699 годах на земле Данилова монастыря строится деревянная церковь во имя святой Троицы. После нескольких пожаров, на средства секретаря Межевой Канцелярии В.П. Булыгина, в 1745, 1747 годах возводится более просторная каменная церковь Троицы с приделом Покрова. В 1840, 1842 годах, по проекту архитектора Н.И. Козловского, церковь расширяется: появляется широкая трапезная с двумя приделами, Покровским и Никольским, и трёхъярусная колокольня над западным входом. В 1885, 1895 годах главный храм XVIII века был разобран, и на его месте архитектор Н.В. Никитин построил сохранившуюся до наших дней церковь. Строительными работами руководил архитектор М.П. Иванов.

Трапезная, построенная ранее, выглядит строго, с элементами ампира, большими окнами с полукруглыми завершениями и вытянутой колокольней с двумя ярусами звона. Главный Троицкий храм, созданный в период расцвета неорусского стиля, отличается вычурностью и красотой этого направления. Архитектор Никитин, вернувшись к шатровым храмам, увенчал основной объём вытянутым шатром, который словно вырастает из уровней крупных кокошников. Боковые фасады украшены большими окнами с наличниками в стиле XVII века и перспективными порталами. Интерьеры церкви и иконостас были спроектированы Д.Н. Чичаговым, будущим создателем здания Московской Городской думы. Освящённая в 1896 году, церковь вмещала 1000 человек и была одной из крупнейших в округе.

В 1930 году закрытый Троицкий храм власти решили снести, но планы реализовались лишь частично: снесли шатёр и разобрали колокольню до первого яруса, превратив здание в бесформенный обрубок. Внутри разместились клубы и организации местных заводов и предприятий. В конце 1992 года храм был вновь освящён усилиями новой общины, но долго оставался изуродованным. Лишь в 2000-х удалось провести масштабную реставрацию с воссозданием утраченных элементов: церковь вновь обрела колокольню и шатёр, восстановлены фасады. Работы коснулись и интерьеров: иконостасы и убранство были воссозданы максимально точно. Помимо возрожденных приделов в храме, в подклете освящён дополнительный придел во имя Всех Святых. Сегодня мы можем видеть церковь Троицы на Шаболовке такой, какой она была сто лет назад.