Jest to główny kościół parafii ewangelicko-augsburskiej św. Trójcy. W 1965 r. został wpisany do rejestru zabytków. Był to najwyższy budynek XVIII-wiecznej Warszawy. W latach 80. XIX w. krzyż wieńczący kopułę kościoła przyjęto za główny punkt sieci służącej do pomiarów Warszawy, przygotowywanych przez Williama Lindleya w związku z budową filtrów oraz wodociągów. Kościół słynął ze świetnej akustyki, dlatego też to właśnie w nim odbył się koncert Fryderyka Chopina dla cara Aleksandra I, który przyjechał do Warszawy na obrady Sejmu.
Kościół został zniszczony w czasie kampanii wrześniowej w 1939 r. Po Powstaniu Warszawskim pozostały po nim jedynie wypalone mury. W 1945 r. rozpoczęto jego odbudowę. W 1951 r. gmach został przejęty przez państwo z przeznaczeniem na salę koncertową. Pięć lat później świątynię zwrócono jednak parafii. Odwiedziło ją dwóch papieży – Jan Paweł II i Benedykt XVI.
Pierwotna bryła została wzniesiona w XVIII w. według projektu Szymona Zuga, dla którego inspirację stanowił rzymski Panteon.