История храма восходит к периоду владения селом Свиблово боярами Свибловыми. Предполагается, что первая деревянная церковь во имя Живоначальной Троицы была построена здесь во времена князя Дмитрия Донского. Однако первое достоверное упоминание о храме относится к началу XVII века, когда село принадлежало Андрею Львовичу Плещееву. В 1622–1623 годах по его приказу на месте старой деревянной церкви была возведена новая. В 1677 году его сын Михаил Андреевич Плещеев перестроил церковь и добавил придел во имя митрополита Алексия.
В 1679 году усадьба перешла к малолетней Марье Михайловне Плещеевой, племяннице Кирилла Алексеевича Нарышкина, дяди царя Петра I. Кирилл Нарышкин, фактически управлявший имением, в 1704–1708 годах построил в Свиблове каменные палаты и новую каменную церковь. В 1709 году к храму была пристроена колокольня.
Архитектура храма сочетает традиции московского барокко с элементами петровского времени. Здание имеет крестообразный план с декоративными деталями наличников окон и портиков, характерными для XVII века. Основной четверик храма венчает парапет с фигурными балясинами, аналогичный собору московского Богоявленского монастыря. Изначально храм был увенчан гребнями в стиле московского барокко, которые позже были заменены на элементы, отражающие влияние петровской архитектуры.
В 1938 году храм был закрыт. В 1970–1980-х годах в усадьбе Свиблово проводились реставрационные работы, затронувшие и здание храма. В 1990 году Патриарх Алексий II обратился с просьбой о возвращении храма Русской Православной Церкви, которая была удовлетворена. В 1994 году храм получил статус патриаршего подворья, и в 1995 году в нём возобновились богослужения.
