Kilise; eski bir Rum Ortodoks mezarlığının üstüne, artık zamanın ihtiyaçları için yeterli görülmeyen ahşap bir kilisenin yerine inşa edilmiştir. Ünlü mimar Potesaros tarafından tasarlanan ve Vasilakis İoannidis Efendi tarafından inşa edilen yapının temeli, Sultan Abdülaziz döneminde 13 Ağustos 1876 tarihinde atılmış ve resmi açılışı 14 Eylül 1880 Pazar günü yapılmıştır. Geniş bir bahçeyle çevrili olan kilise, Yunan haçı planında inşa edilen merkezi kubbesi ve sağlam yapısıyla dikkat çekiyor. Dört katlı Gotik tarzda iki çan kulesinin eşlik ettiği bu görkemli yapının üzerindeki on iki pencere İsa'nın on iki havarisini sembolize etmektedir. Kubbenin kasnağındaki dört pandantif, altı kanatlı serafim meleklerinin freskleriyle süslenmiştir. İstanbul'un zengin tarihi ve kültürel dokusuna değerli bir katkıda bulunan Aya Triada Kilisesi, hem mimari açıdan çarpıcıdır hem de Rum Ortodoks cemaati için önemli bir ibadet yeri olmaya devam etmektedir.