Основной объем здания сооружен в 1650–1661 гг., сменив деревянный храм, известный с 1632 г. В 1670 г. началось сооружение трапезной с южным Покровским приделом и колокольни, завершенные к 1680 г. При Петре I сбили закомары, чтобы покрыть храм лещадью (белым камнем). Это покрытие уничтожили в екатерининское время. Существующая ныне трапезная сооружена вместо прежней в 1773–1774 гг. Вместо звонницы, разобранной в 1770 г., восточнее церкви, в линии ограды над въездными воротами в 1788 г. выстроили новую трехъярусную классицистическую колокольню. В 1796 г. к трапезной пристроили второй придел, северный, – преподобного Иоанна Дамаскина, переосвященный в 1805 г. во имя святителя Алексия, митрополита Московского. В 1857 г. перестроили трапезную, обновили внутреннее убранство – появились новые иконостасы, стенная роспись. В 1878 г. церковь сделали теплой, стены облицевали мрамором, вновь украсили живописью.
Церковь закрыли в 1931 г. Вскоре снесли купола. Здание использовалось сначала под общежитие трамвайщиков, затем под скульптурные мастерские, где работала Вера Мухина. В 1957 г. во время прохождения парадного шествия открытия VII фестиваля молодежи и студентов по Садовому кольцу на крыши зданий на углу Сретенки залезло очень много народу. Перекрытия, не выдержав тяжести, просели. После этого снесли угловое здание, а заодно и рядом стоящую колокольню, как ветхую.
С 1972 г. в храме начали работать реставраторы. В 1978 г. из здания выселили скульптурные мастерские, и к Олимпиаде 1980 г. храм частично восстановили. В трапезной снесли надстроенный этаж, выломали все перекрытия, восстановили своды, надстроили главы, купола, сделали окна на фасадах. В 1991 г. церковь передали общине верующих. Реставрационные работы продолжались до начала 2000-х годов. Вокруг храма понизили грунт, в 1998 г. восстановили ограду, а позднее заново выстроили колокольню.
Троицы при Миссионерском подворье церковь
(уничтожена).В начале XX в. возникла потребность для создания Миссионерского подворья в Москве, куда могли бы приезжать священники, ведущие просветительскую деятельность среди различных народов России, не принявших православие. Наиболее активно велась миссионерская деятельность на Алтае, в Сибири и на Дальнем Востоке. Православные священники-миссионеры нуждались в духовной поддержке, возможности получить совет, поделиться своими трудностями, узнать о деятельности своих собратьев. Многие священники, кроме миссионерской, вели интересную научную работу, занимались историческими и этнографическими исследованиями. В Москве недалеко от Бутырской заставы решили выстроить здание Миссионерского подворья с храмом в честь праздника Живоначальной Троицы. Здание спроектировали в четыре этажа, с полуподвалом и внутренним садом, стоимостью 600 000 рублей. Землю пожертвовал приход церкви Рождества Пресвятой Богородицы в Бутырках.
В здании планировали разместить тридцать комнат для приезжающих священников, где они могли бы иметь приют за малую плату. Здесь же решили разместить аудитории для народных собраний, чтений, докладов, а также миссионерский музей и магазин сибирских изделий. Для поддержания финансового состояния Миссионерского подворья запланировали также устроить сто квартир для сдачи в аренду Заложили здание летом 1914 г., а кончить собирались к 15 августу 1915 г. Рядом решили выстроить часовню – собственность Алтайской миссии. Первый камень подворья положил священник М. Прутков, пожертвовавший десять тысяч рублей своих сбережений на устройство храма Святой Троицы. Неизвестно, была ли постройка закончена – вскоре после закладки началась Первая мировая война.
После революции подворье и храм были закрыты. В 1970 г. на этом участке еще стояло двухэтажное здание в русском стиле, вероятно, остаток Миссионерского подворья. В нем тогда находился отдел кадров завода «Знамя». Этот завод занимает и здание церкви Рождества Пресвятой Богородицы в Бутырках в ста метрах севернее по улице. В 1970 г. завод начал постройку нового корпуса, при которой снесли остатки подворья. Ныне здесь пешеходная часть улицы.
Троицы при 1-м Московском хосписе
(ул. Доватора, дом № 1)Эта часовня построена в 1996–1997 гг. и входит в состав больничного комплекса для онкологических больных, находящихся в последней стадии заболевания. Освящена 31 июля 1998 г.
Троицы при Набилковской богадельне церковь
(Протопоповский переулок, дом № 25; уничтожена).