Церковь построена в 1811 — 13 на месте древнего (XVII—XVIII вв.) деревянного храма. На месте престола старого храма, в 6 м от главного входа в новый, установлена сохранившаяся белокаменная плита с крестом с изображением трубящего архангела. Главный престол — Живоначальнои Троицы, приделы — святителя Николая Чудотворца (правый), преподобного Сергия Радонежского (левый). Накануне военного совета в Филях в 1812 в ней молился М. И. Кутузов. В 1812 не пострадал.

Ныне находится на кромке Воробьевых гор, перед почти 300-метровым зданием университета.

Возобновлялся в 1858—61, обновлялся в 1898. В стиле классицизма. Четырехугольный, с порталами, украшенными колоннами. Однокупольный. Ротонда завершена барабаном с круглой главкой. Колокольня — двухъярусная (нижний - вход в храм). Сохранилась старая ограда с арочным входом.

Не закрывался. Сохранил колокола. В связи с закрытием в 1937 храма Живоначальной Троицы в Троицком-Голенищеве из него были перенесены 2 антиминса и в главном алтаре (ныне — в трапезной) во имя бывшего в ней придела coopужён приставной придел святителя. Ионы, митрополита Московского. В 1964 и 1971 проходил внешний, в 1971—72 внутренний ремонт. Сохранились внутреннее убранство XIX в. и древние иконы. Особо чтимая — Божией Матери «Благодатное Небо» (слева, перед иконостасом главного придела). Иконы XVII в.: Господь Вседержитель с клеймами Распятия и Воскресения, «Страстная» Божией Матери, Иоанна Предтечи, апостолов Иоанна, Петра, Павла, Матфея, иконы из деисусного чина — Божия Матерь и предстоящие святые находятся в крестильне. Иконы начала XIX в. в главном престоле: Святой Троицы Новозаветной, Гурия, Самона и Авива, Космы и Дамиана и 2 эмалевых медальона — Спаситель и Богоматерь, справа от иконостаса — Воскресение Христово, слева — Печерская икона Божией Матери.

В приделе преподобного Сергия: Святого Троица (XVII в.) — в алтаре, «Неопалимая Купина», Казанская икона Божией Матери, «Утоли моя печали», четырехчастная икона XIX в. — Рождества Христова, Божией Матери, Иоанна Предтечи и святителя Николая Чудотворца.

При храме — благотворительная служба.