W 1818 z inicjatywy kupców greckich Dobricza, Barącza i Dadaniego zakupiona została kamienica przy ul. Podwale 5. W jej podwórzu wybudowano kaplicę prawosławną według projektu Jakuba Kubickiego. Był to niski, parterowy, skromnie dekorowany budynek w stylu klasycystycznym na planie prostokąta, kryty jednospadowym dachem. Świątynia trzema ścianami przylegała do sąsiednich budynków, wejście znajdowało się z boku, od strony północno-wschodniej. Świątynię wyposażono w trzyrzędowy ikonostas, w którym umieszczono przypadkowe ikony przywiezione z Grecji lub odkupione od Francuzów wycofujących się z Rosji. W pierwotnej kamienicy urządzono mieszkanie dla proboszcza i pomieszczenia parafialne. Jednakże przez długi czas nie zdołano pozyskać dla wiernych prawosławnych w Warszawie stałego duchownego. Świątynia aż do 1825 podlegała prawosławnym biskupom Bukowiny, później przeszła pod jurysdykcję Rosyjskiego Kościoła Prawosławnego. Przez dwa lata podlegała diecezji mińskiej, od 1827 – wołyńskiej (z siedzibą w Krzemieńcu).
 

Dopiero w 1828 świątynia otrzymała stałego proboszcza, którym został przysłany z Krzemieńca ks. Teofil Nowicki. Parafia grecka liczyła wówczas zaledwie 62 osoby. W 1832 rząd rosyjski wyasygnował kwotę 6 tysięcy rubli na remont cerkwi i zakup nowych ikon do ikonostasu. W 1834 powstało w Warszawie biskupstwo prawosławne. Do momentu wyświęcenia soboru Świętej Trójcy w 1837 ta skromna, niepozorna cerkiewka pełniła funkcję katedry prawosławnego biskupa warszawskiego. Później funkcjonowała jako cerkiew parafialna.
 

Po I wojnie światowej cerkiew, nazywana popularnie „Podwałką” (gra słów: nawiązanie do nazwy ulicy i ros. подвал „piwnica”; aluzja do skromnego wyglądu świątyni) pozostała w rękach prawosławnych, służąc głównie porewolucyjnym emigrantom rosyjskim. Proboszczem parafii św. Trójcy został mianowany ks. Antoni Rudlewski, poprzednio proboszcz w Łodzi, jeden z nielicznych duchownych prawosławnych, którzy nie ewakuowali się w 1915 i pozostali na ziemiach zaboru rosyjskiego pod okupacją niemiecką. Po jego odejściu na emeryturę w 1937 zastąpił go ks. Aleksander Subbotin. We wrześniu 1939 spadła na nią bomba lotnicza. Wybuchł pożar, który szybko ugaszono. Po prowizorycznym usunięciu zniszczeń cerkiew była czynna aż do 1944.

Podczas powstania warszawskiego została doszczętnie zniszczona wraz z całą Starówką. Od 24 do 31 sierpnia broniły jej oddziały batalionu „Gustaw”, w tym patrol sanitarny „Ewa–Maria”, który ze względu na niemożność opanowania pożaru cerkwi opuścił ją i ewakuował się kanałami. Podczas bombardowania w gruzach domu proboszcza zginął wikariusz parafii Świętej Trójcy ks. Jerzy Łotocki wraz z żoną, synem i teściową. Ostatni proboszcz parafii Świętej Trójcy, ks. Aleksander Subbotin, wyjechał w 1945 do ZSRR. Aresztowany w Odessie, został zamordowany przez NKWD.
 

Po wojnie pocerkiewna posesja wraz z ruinami świątyni została mimo zabiegów cerkwi prawosławnej upaństwowiona. Odbudowano frontową kamienicę, którą przeznaczono na cele mieszkalne i usługowe, natomiast gruzy kaplicy w podwórzu zniwelowano. W 1998 cerkiew prawosławna w Polsce podjęła starania o zwrot posesji i znajdującego się na niej budynku. Starostwo warszawskie przekazało Kościołowi Prawosławnemu posesję i kamienicę przy ul. Podwale 5 z dniem 1 marca 2002. Na parterze kamienicy urządzono ponownie cerkiew. Nowy ikonostas powstał w Bielsku Podlaskim, a ikony przygotowali studenci bielskiego Policealnego Studium Ikonograficznego. 25 listopada 2002 nastąpiło uroczyste poświęcenie[1].