Первоначально на этом месте находилась деревянная церковь, упоминаемая в источниках с 1625 года. В связи с ростом населения Кожевенной слободы и необходимостью строительства более прочного здания, в 1686–1689 годах была возведена каменная церковь Живоначальной Троицы. Строительство осуществлялось по указу царей Ивана Алексеевича и Петра Алексеевича, а также царевны Софьи Алексеевны.
В первой половине XVIII века к основному объему храма была пристроена трапезная с двумя приделами, освященными в честь святых мучеников Кира и Иоанна, а также святой великомученицы Параскевы. В 1772 году была возведена колокольня, состоящая из высокого четверика, обходной галереи на четырёх пилонах и двух восьмериков, завершенных граненым барабаном с главой. Автором проекта колокольни, предположительно, является архитектор Иван Петрович Зарудный.
Архитектурный облик храма представляет собой характерный для московского зодчества конца XVII века двухсветный пятиглавый четверик с трёхчастной апсидой, декорированный в стиле московского барокко. Фасады украшают пучки тонких угловых колонок, опирающихся на кронштейны, широкий аттик с кокошниками, в тимпаны которых вставлены белокаменные раковины. Боковые фасады украшены белокаменными порталами с резными навершиями. Приделы выглядят как небольшие самостоятельные церкви, состоящие из двухсветных одноглавых четвериков с полукруглыми апсидами и трапезными. Колокольня отличается монументальностью и насыщенностью фасадного декора, включая пилястры с капителями, украшенными головками херувимов, лепные гирлянды и резные замковые камни в перемычках арок звона.
В 1930 году храм был закрыт, к зданию были сделаны пристройки, и оно использовалось под различные хозяйственные нужды, включая мастерские и электромеханический цех. В результате этих изменений храм пришёл в запустение и был серьёзно разрушен.
В 1980-х годах начались реставрационные работы, в ходе которых были восстановлены купола и кресты, возвращена уникальная форма окон, убраны внутренние перегородки. Первоначально планировалось переоборудовать здание под концертный зал, однако эти планы не были реализованы. В 1992 году церковь была возвращена Русской Православной Церкви и освящена.
В настоящее время храм Живоначальной Троицы в Кожевниках функционирует как действующий приходской храм Московской епархии. При нём действует Центр мотивационного консультирования, оказывающий духовную помощь людям, страдающим от различных зависимостей. Также проводятся богослужения, таинства и различные приходские мероприятия.
