Храм-часовня во имя Пресвятой Троицы построена к 300-летию Санкт-Петербурга в память об уничтоженном Троице-Петровском соборе — первом храме Санкт-Петербурга, заложенном по указу Петра I уже через несколько месяцев с момента основания города.
Долгие годы здание собора с характерным приземистым куполом с луковичной главкой являлось одной из главных достопримечательностей столицы, неоднократно восстанавливалось после пожаров, однако не дошло до наших дней — 15 августа 1933 года собор был снесён. Современную часовню было решено строить не на историческом месте собора, а в юго-западном углу сквера на Троицкой площади.
В дни празднования 300-летия Санкт-Петербурга, 28 мая 2003 года, часовня была освящена.