Построена в 1774 в селе Карачарове, за Покровской заставой, на реке Коломенке, на средства прихожан вместо деревянных шатровых храмов — Трехсвятительского и Знаменского.

Главный престол — Живоначальной Троицы — освящён в июне 1776, придел иконы Божией Матери «Знамение» — в 1782. Нижний ярус колокольни построен в 1780, верх ний — 1833—34. В XIX в. построена трапезная, при ней второй придел — святителя Николая Чудотворца (перестр. в 1904—05). Церковь пострадал во время урагана 1904. В 1910 установлен на пожертвования крестьян колокол весом 600 пудов (гл. жертвователь — крестьянин В. И. Калугин; весь народ от мала до велика вышел навстречу и провезли колокол на себе до храма со станции «Перово»).

В 1930-е закрыт. Занят цехом № 2 экспериментально-механического завода швейной промышленности, скульптурной мастерской. Обезглавлен. Колокольня снесена до первого яруса. Перестроена. Сохранились врата ограды. Возвращен РПЦ в 1993. Реставрируется.

Святыни — мощевик с мощами святителя Григория Богослова, святителя Спиридона Тримифунтского, преподобного Зенона Печерского, преподобного Феодора Заноцарского (Мордовия), святителя Филарета, митрополита Московского, святителя Иннокентия, митрополита Московского, святителя епископа Феофана Вышенского.

При храме — детский церковный хор.