Первоначально на этом месте находилась деревянная церковь Троицы Живоначальной, упомянутая в приписках Коломенских книг 1572 года. Со временем вокруг церкви сформировалась Ямская слобода, населённая преимущественно ямщиками. В 1696 году вместо деревянного храма была построена каменная пятиглавая церковь с резной кирпичной кладкой и колокольней в западной части. В 1816 году к храму была пристроена тёплая трапезная, соединяющая его с колокольней, в которой восстановили престолы Илии пророка и Рождества Богородицы. В 1823 году началось строительство новой колокольни, завершённой в 1825 году по проекту архитектора Леонтия Карлони. В 1868 году храм был существенно перестроен, изменив форму главы и кровли, а также был обнесён железной оградой.
В советский период, начиная с 1929 года, храм был закрыт, а его здание использовалось для различных хозяйственных нужд, что привело к утрате внутренних росписей и иконостаса. В конце 1970-х годов началась реставрация храма, включавшая восстановление внешнего декора и элементов интерьера. В 1989 году церковь была возвращена Русской Православной Церкви, а в 1990 году в её подклете был устроен придел блаженной Ксении Петербургской. В 1990-х годах художник Александр Чашкин занимался восстановлением интерьеров и декора храма. В 1998 году главная лестница была украшена резными деревянными элементами, а в 1999 году были расписаны фасады и трапезная часть храма. В 2003 году полы храма были выложены мозаикой, а в 2004 году установлен новый иконостас. В 2018 году была построена лестница к южному порталу храма.