Деревянный храм Троицы на Воробьевых горах существовал с древнейших времен и связан с историей древнего дворцового села Воробьево. По летописи известно, что когда в XV веке село покупала великая княгиня Софья Витовтовна, супруга московского великого князя Василия I и дочь великого князя литовского Витовта, храм уже стоял.
Первым известным нам священником деревянного храма Троицы был о. Тит, который являлся настоятелем с 1628 по 1632 гг. Деревянная Троицкая церковь в селе Воробьеве по приходным книгам Патриаршего Казенного Приказа 1628 г. писалась в числе «жилых» московских церквей — «за Деревянным городом». До 1690 г. Троицкая церковь писалась в Пречистенском сороке Москвы, а с 1691г. она уже писалась в Загородской десятине. К концу 1790-х годов храм сильно обветшал и по приказу Екатерины Великой был разобран. Последним священником деревянного храма Троицы был отец Никифор Васильев.
Ныне существующая кирпичная с белокаменным цоколем церковь сооружена в 1811 г. по проекту архитектора А. Л. Витберга, автора проекта храма-памятника Христа Спасителя на Воробьевых горах. Здание, построено в стиле позднего классицизма, как сказано в документах «…тщанием прихожан и доброхотных дателей…» Первым настоятелем каменного храма был отец Иаков Ильин. Каменный храм был возведен вблизи прежнего, деревянного. На месте алтаря старого храма в 1811 году установили увенчанный. крестом белокаменный памятник, который сохранился до наших дней. Крыльцо перед входом на западном фасаде колокольни и пристройки по её сторонам появились во время ремонтов здания в 1858—61 и 1898 гг. Территория церкви обнесена кирпичной оградой конца XIX — начала XX в. с металлической решеткой.
В 1812 году здесь перед советом в Филях молился М. И. Кутузов. Здание уцелело во время наполеоновского нашествия.
До 1818 г. храм числился среди церквей московского уезда, а с 30 марта 1818 г. в Замоскворецком сороке г. Москвы.
Троицкая церковь не только спаслась от социалистических разрушений, но даже не закрывалась в советское время, поэтому сохранился ее старинный интерьер. Более того, после известного большевистского запрещения колокольного звона во всей Москве именно в воробьевской Троицкой церкви продолжали звонить колокола и православные москвичи тайком ездили послушать благостный звон ее колоколов. В очередной раз церковь уцелела при строительстве высотного здания МГУ в конце 1940-х— начале 1950-х годов.
Сейчас храм на Воробьёвых горах имеет, как и прежде три придела — в честь Святой Троицы, святителя и Чудотворца Николая, преподобного Сергия Радонежского. Имеется так же приставной престол святителя Ионы, митрополита Московского, который находится в алтаре святителя Николая.
Москва, ул. Косыгина, д. 30 (м. «Воробьёвы горы», смотровая площадка).