Збудована в 1893–1895 рр. за проектом архітектора В. Ніколаєва у неовізантійському стилі на місці барокової церкви Святих апостолів Петра і Павла з Трапезною палатою, зведеної у 1684–1694 рр. коштом київського міщанина М. Максимовича.

Споруда складається з двох частин – восьмикутної у плані церкви з півсферичною банею діаметром близько 20 м (зробленою за взірцем верху храму Святої Софії в Константинополі) та двоповерхової прямокутної у плані Трапезної палати, до якої з півдня прилягає кухня XVII–XVIII ст.

Художнє оформлення інтер’єру церкви і палати здійснено за проектом архітектора О. Щусєва. Монументальний розпис інтер’єрів виконали художники І. Їжакевич, А. Лаков, Г. Попов у 1902–1910 рр.

У 1909–1910 рр. встановлено мармуровий іконостас, виконаний фірмами І. Дрекслера (мармур) і М. Риндіна (позолота, карбування). Ікони для нього написав художник Г. Попов. Доповнює храмовий інтер’єр бронзове панікадило вагою 1200 кг. У 1902–1904 рр. було влаштовано вентиляцію і парове опалення.

У Трапезній залі, де відбувалася щоденна спільна трапеза, між десятьма чавунними колонами розміщувалися 24 дубові столи і 40 лав. На другому поверсі були чернечі келії. Трапезна палата мала власний дзвін, який використовували тільки для скликання братії на трапезу.

Богослужіння в церкві проводили до вересня 1924 р. Згодом тут розмістили реставраційні майстерні, музейну аудиторію, службові приміщення. 3 листопада 1941 р. будівлю було пошкоджено внаслідок вибуху Успенського собору. В 1942–1943 рр. окупаційна контора з розбирання лаврських споруд розібрала дах і перекриття Трапезної палати, внаслідок чого знищено розпис стелі.

У 1945 р. розпочато ремонтно-консерваційні роботи, які завершено лише в 1965 р. ремонтом інтер’єру церкви. Згодом тут було відкрито виставку “Будова всесвіту і маятник Фуко”. З 1991 р. в церкві відновлено богослужіння