Русские белоэмигранты, оказавшись в изгнании, сразу же приступили к строительству своих церквей, которые стали для них местом притяжения и утешения. В 1925 году в Белграде была основана первая белоэмигрантская церковь Святой Троицы, известная среди местных жителей как Русская церковь.

Идея строительства храма Святой Троицы принадлежала русской церковной общине в Белграде, основанной протопресвитером Петром Беловидовым в ноябре 1920 года. В начале 1920-х годов Белград стал центром духовного и гражданского притяжения для русских белоэмигрантов, проживавших в Королевстве сербов, хорватов и словенцев.

Закладка храма состоялась 21 сентября 1924 года, а освящение, 4 января 1925 года. На церемонии присутствовали Главнокомандующий Русской Армией барон Петр Николаевич Врангель и другие высокопоставленные лица, а также духовные и гражданские лидеры русских белоэмигрантов.

Строительство церкви Святой Троицы было осуществлено благодаря финансовой поддержке сербского правительства. Председатель Совета Министров Никола Пашич выделил из казны 40 тысяч динаров, а два кирпичных завода предоставили свою продукцию бесплатно. Руководил строительством выдающийся русский архитектор Валерий Владимирович Сташевский, известный своими работами в Российской Империи и Югославии.

Первым настоятелем храма стал Петр Беловидов, который возглавлял приход до своей смерти в 1940 году. Его сменил священник Иоанн Сокаль, будущий православный епископ, занимавший эту должность до 1950 года.

В Троицкой церкви служили патриархи Сербские Димитрий и Варнава. Здесь молились вместе с русскими белоэмигрантами король Александр Первый Карагеоргиевич, королева Мария, члены королевской семьи, сербские министры, иностранные дипломаты и простые жители города.

В 1929 году в храме был перезахоронен Главнокомандующий Русской Армии и предводитель Белого Движения Петр Николаевич Врангель, умерший годом ранее в Брюсселе. До 1944 года в церкви хранились боевые знамёна Русской Императорской Армии, а также трофеи Наполеона и османских войск, захваченные в прошлые века.

Перед приходом советской армии и партизан Тито русские белоэмигранты массово покинули Югославию, спасаясь от неминуемой расправы. Они вывезли с собой все знамена, хранившиеся в храме. Оставшиеся в городе русские подверглись репрессиям, а сам храм в апреле 1945 года был принят в общение с Московской патриархией и вошел в её подчинение.

В 1946 году храм получил статус Подворья Русской Православной Церкви в Белграде и находился в составе ставропигиального благочиния русских православных приходов на территории Югославии. В 1954 году решением Священного Синода Русской Православной Церкви благочиние было упразднено, и все входившие в него храмы, кроме Троицкого в Белграде и приписанной к нему Иверской часовни на Русском кладбище, были переданы в юрисдикцию Сербской Православной Церкви.

В 1957 году Подворье посетил патриарх Московский и всея Руси Алексий Первый и совершил в храме литургию.

Храм серьёзно пострадал в результате ракетного удара в апреле 1999 года по телекомплексу, во время бомбардировки Югославии, но уцелел, и в 2000 году началось его восстановление. 25 марта 2007 года освящение восстановленного храма совершил митрополит Кирилл Гундяев, нынешний патриарх РПЦ. С тех пор храм вновь открыт для посещения и службы, он является одним из самых популярных в Сербии.