Лучшие архитекторы города — А. В. Балашов и Ф. М. Шестаков — стали проектировщиками фасада храма. Существует мнение, что автором проекта здания храма был А. Г. Григорьев, однако это не подтверждается архивными данными.  В архитектуре Москвы тех времен преобладал так называемый русский классицизм (ампир), как отклик воспоминаний о недавней победе России над Наполеоном в 1812 году. Этот стиль отличается монументальностью форм с непременным возведением колонн по фасаду, украшенному элементами военной атрибутики, что придавало зданию величественность и вызывало в душе людей чувство умиротворения. Все это нашло отражение в построении храма, строительство которого началось в 1830 году.  

Митрополит Московский и Коломенский Филарет (Дроздов), крупный государственный и церковный деятель того времени, не только поддержал ходатайство о сооружении храма, но принимал горячее участие в ходе его осуществления.

Во время строительства происходило освящение храма: в 1831 году освящен придел преподобной Параскевы Сербской, в следующем году придел преподобного Сергия Радонежского, а также трапезная четырехстольная, колокольня со шпилем и новые иконостасы. Однако построенный главный храм не отапливался и считался летним, между тем как ранее построенные приделы были утеплены.

Священник Иоанн Фаворский, состоящий в родстве с митрополитом Филаретом, обратился к нему с ходатайством о перестройке двух ранее построенных приделов с целью их расширения, о подсоединении летнего храма к уже имеющейся калориферной системе отопления и об обновлении ветхих иконостасов. Такое прошение было удовлетворено Его Высокопреосвященством митрополитом Филаретом, что явилось важным фактором того времени, так как уже существовал запрет на какие-либо изменения в новых храмах.

В течение 1861–1862 годов алтари указанных приделов были расширены и украшены на средства дарителя, купца Андреева, а летние и зимние части храма объединены единой калориферной системой, существующей и поныне. После всех перестроек храм внешне приобрел очертание креста: впереди — главный алтарь, выходящий на восток, приделы Параскевы Сербской и Сергия Радонежского. С западной стороны находится вход с крыльцом, украшенным литыми чугунными колоннами и наверху иконой Святой Троицы.