Троицкая церковь на Воробьёвых горах связана с историей древнего дворцового села Воробьёво, известного по летописям с 50-х годов XV века, когда его купила княгиня Софья Витовтовна, супруга Московского великого князя Василия I. Во множестве источников утверждается, что она купила его у попа Воробья, отсюда и название села. Но, например, в книге «История московских районов», говорится, что название села Воробьёво и соседнего села Семёновское происходит от имён сыновей владельцев этих мест — боярина Андрея Кобылы, у которого был сын Кирилл Вороба, и Фёдора Кобылы, у которого был сын Семён.

Упоминание Воробьёва как сельца говорит о том, что уже тогда здесь существовал православный храм. Возможно, Троицкая церковь была летней резиденцией московских государей. Троицкая церковь упоминается в 1644 году как очень древняя церковь села Воробьёво. Ранее там стояли ещё 2-3 дворцовые церкви, которые впоследствии были разобраны, а взамен них построили единый Троицкий храм с придельными престолами.

К концу 1790-х годов храм сильно обветшал и по приказу Екатерины Великой был разобран. Нынешнее здание храма начало строиться в 1811 году в стиле классицизма, четырёхугольный в плане, с порталами, украшенными колоннами, однокупольный, с двухъярусной колокольней. В 1812 году здесь перед советом в Филях молился М. И. Кутузов. Здание уцелело во время наполеоновского нашествия. Строительство было завершено в 1813 году. Храм дважды подновлялся: в 1858—61 и в 1898.

В Советское время храм несколько раз был под угрозой закрытия. Впервые в конце 20-х годов, когда обсуждался вопрос о строительстве Дворца Советов, одно время который предполагалось разместить на Воробьёвых горах (переименованных в 1924 году в Ленинские горы). По Генеральному плану социалистической реконструкции Москвы 1935 года Ленинские горы должны были стать завершающей частью парадной магистрали города — проспекта Ильича. Однако, планам не суждено было осуществиться. И даже указ о запрете колокольного звона по всей Москве не коснулся Троицкой церкви, поскольку в то время она находилась за городской чертой. Не был закрыт храм и в конце 40-х годов в связи со строительством нового здания Московского Государственного университета.

Святыни храма

- икона Божией Матери «Благодатное Небо»
- иконы XVII века: Господь Вседержитель с клеймами Распятия и Воскресения, «Страстная» Божией Матери, Иоанна Предтечи, апостолов Иоанна, Петра, Павла, Матфея
- иконы XIX века: Святой Троицы Новозаветной, Гурия, Самона и Авива, Космы и Дамиана и 2 эмалевых медальона — Спаситель и Богоматерь, справа от иконостаса — Воскресение Христово, слева — Печерская икона Божией Матери
- в приделе преподобного Сергия: в алтаре — Святой Троицы (XVII в.), «Неопалимая Купина», Казанская икона Божией Матери, «Утоли моя печали», четырехчастная икона XIX в. — Рождества Христова, Божией Матери, Иоанна Предтечи и святителя Николая Чудотворца.