Построен в 1656—57 на берегу Москва-реки думным дьяком Аверкием Кирилловым как его домовый храм (главный престол — Живоначалъной Троицы) с трапезной. Соединялся теплым переходом-галереей на арках (1690-е) с его палатами, декорированными белокаменной резьбой и цветными изразцами, с шатровыми, двойными арками на кувшино-образных столпах (палаты частично перестроен в 1703— 11).

С середины XIV до XVI века на этом месте находился Никольский монастырь (Никола Старый) и храм святителя Николая Чудотворца (первое письменное упоминание — 1457). Храм 1657 находится на подклете раннего, известного с 1625 храма, служил усыпальницей владельцев усадьбы. В 1690-е пристроена сев. паперть с крыльцом. В 1694 к Троицкому храму пристроен придел Казанской иконы Божией Матери (на его месте в 1817 освящен придел преподобного Феодосия Великого, Палестинского). В 1775 пристроили новую трапезную (на левой стороне устроен придел святителя Николая Чудотворца). Позже она обрушилась во время пожара 1812, восстановлена в 1817—23 с приделами святителя Николая Чудотворца и преподобного Феодосия Великого (Палестинского). Около 1820 снесена старая (1694) и в 1854 coopужена новая четырехъярусная шатровая колокольня. Обновлялся в 1895. В стиле «русское узорочье». Бесстолпный, с тремя алтарными выступами. Четырехугольный. В 1996 восстановлена его внешняя полихромная окраска.

Завершается компактной группой 5 куполов, барабаны которых густо оплетены рядами аркатурно-колончатого пояса. Имеет два яруса кокошников и архитектурно украшенные наличники окон. Изразцы с двуглавыми орлами свидетельствовали о нахождении А.Кириллова на государственной службе. Сев. фасад, обращенный на берег Москва-реки, выделен как главный с 3 большими окнами с многолопастными завершениями. К сев. фасаду храма примыкает небольшая трапезная с крыльцом на кубышчатых столпах, с двойными арками и гирькой. Бочкообразная кровля крыльца не имеет аналогов в московском каменном зодчестве. Внутри, в правом приделе, почти полностью сохранился двухцветный (серый с розовым) итальянского мрамора иконостас (1913).

Закрыт около 1931. Снесена колокольня. Был занят научно-исследовательскими институтами (сначала музееведения, затем культуры). Частично реставрировался в 1953. Над алтарными выступами поставлены главы, утраченные в XIX в.

Богослужения возобновлены в 1992.

Святыни: особо чтимая Казанская икона Божией Матери, иконы святителя Феофана Затворника с частицей мощей, святого праведного Симеона Верхнотурского с частицей мощей.

При храме — воскресная школа и библиотека.