Βρίσκεται στην οδό Φιλελλήνων, μετά τον αριθ. 21.
Έχει προσανατολισμό ΒΑ και ανήκει στον λεγόμενο οκταγωνικό τύπο του βυζαντινού ρυθμού, δηλαδή ο πολύ μεγάλος τρούλος του, που καλύπτει ολόκληρο το κέντρο του ναού, δεν στηρίζεται σε τέσσερις κίονες αλλά σε οκτώ πεσσούς (τετράγωνους κτιστούς στύλους), που σχεδόν τον χωρίζουν σε μικρά διαμερίσματα. Πρόκειται για ένα βαρύ και επιβλητικό οικοδόμημα. Οι εξωτερικοί τοίχοι είναι κτισμένοι με ορθογώνιους λείους πώρινους λίθους, ενώ οι οριζόντιοι και οι κατακόρυφοι αρμοί είναι με λεπτά τούβλα σε διπλές σειρές (πλινοπερίβλητο η πλινοπερίκλειστο σύστημα).
Στη βόρεια και τη δυτική πλευρά υπάρχει ζωφόρος με κουφικές διακοσμήσεις, δηλαδή με εγχάρακτες διακοσμήσεις που μιμούνται γράμματα του παλαιοαραβικού αλφαβήτου (που ονομάστηκε κουφικό από την πόλη Κουφά της Αιγύπτου, όπου αναπτύχθηκε τον 7ο αι. μ.Χ.). Η ζωοφόρος αυτή πλαισιώνεται με οδοντωτές ταινίες. Στην ανατολική πλευρά σχηματίζονται τρεις αψίδες, που εξωτερικά είναι τρίπλευρες και εσωτερικά ημικυκλικές. Η εκκλησία φωτίζεται και από μεγάλα και άλλα μικρότερα αψιδωτά δίλοβα και μονόλοβα παράθυρα, που υπάρχουν σε δύο επίπεδα (ορόφους) στη βόρεια και νότια πλευρά και στις αψίδες του Ιερού Βήματος.
Στη δυτική πλευρά υπάρχουν τρεις ορθογώνιες θύρες με μαρμάρινα πλαίσια και αψίδα με τούβλα. Από δύο ανάλογες θύρες υπάρχουν στη βόρεια και τη νότια πλευρά. Εσωτερικά το Ιερό Βήμα, που επικοινωνεί με την Πρόθεση και το Διακονικό με ψηλές και λεπτές αψίδες, χωρίζεται από τον κυρίως Ναό με υψηλό, κατά τα ρωσικά πρότυπα, τέμπλο. Έχουν επίσης διαμορφωθεί δύο παρεκκλήσια, αριστερά του Αγίου Νικόδημου, του Νυκτερινού μαθητή του Κυρίου (εορτάζει την Κυριακή των Μυροφόρων) και δεξιά του Αγίου Νικολάου, επισκόπου Μύρων της Λυκίας.
Στη βόρεια, τη δυτική και νότια πλευρά υπάρχει υπερώο. Ως προς τα Ιστορικά της εκκλησίας σημειώνουμε τα έξης: Δύο επιγραφές, χαραγμένες στον εσωτερικό νότιο τοίχο και που σήμερα προστατεύονται από ειδικό πλαίσιο με τζάμι, μας οδηγούν στη χρονολόγηση της ανέγερσης του στις αρχές του 11ου αιώνα. Αναφέρει η μία επιγραφή, που βρίσκεται δίπλα στην τοιχογραφία του Πρωτομάρτυρα Στεφάνου: «Ενταύθα κείται Στέφανος ο πρωτοκτίτωρ έτους τ… τη τετάρτη του μηνός του Δεκεμβρ. Ινδικτιώνος έτους, σφνγ’ (=6553 από κτίσεως κόσμου, 1044 μ.Χ.). Η άλλη αναφέρει τον θάνατο του Επιφανίου Λύκου τον Δεκέμβριο του 1051. Γι’ αυτό και η εκκλησία παλιά λεγόταν «Σώτειρα του Λυκοδήμου» (ήταν αφιερωμένη στην Παναγία τη Σώτειρα), ενώ σύμφωνα με τον Κ. Πιττάκη ήταν εκκλησία του Άγιου Νικόδημου και πήρε την προσωνυμία «του Λυκοδήμου», γιατί είχε θεμελιωθεί επάνω σε ναό του Λυκείου Απόλλωνα.
Ακόμα, (κατά την παράδοση) χτίστηκε στη θέση παλαιότερης εκκλησίας, που είχε ανεγείρει η βυζαντινή αυτοκράτειρα Ειρήνη η Αθηναία (780-802). Πάντως ήταν Καθολικό γυναικείου μοναστηρίου, το όποιο στη Φραγκοκρατία (1204) κατέλαβαν ρωμαιοκαθολικοί Βενεδικτίνοι μοναχοί, που το κράτησαν ως το 1669, οπότε έγινε πάλι Ορθόδοξο, ανδρικό τώρα, μοναστήρι. Το 1701 τα κελλιά κατέπεσαν από σεισμό αλλά ξαναχτίστηκαν. Το 1778 ο Χατζή Χασεκής κατεδάφισε πολλά διαμερίσματα του και χρησιμοποίησε τα υλικά για την ύψωση του τείχους της πόλης. Έκτοτε το μοναστήρι έγινε Μετόχι της Μονής Καισαριανής. Από τα πολεμικά γεγονότα της Επανάστασης, και ιδίως από τους βομβαρδισμούς των πολιορκημένων το 1821 στην «Ακρόπολη Τούρκων, η εκκλησία υπέστη τεράστιες φθορές, ο τρούλος και η βορειοανατολική πλευρά είχαν σχεδόν μισογκρεμιστεί, και όπως σημειώνει ο Κώστας Μπίρης, «διετηρούντο εν τούτοις εις καλήν κατάστασιν το υπόλοιπον κτίριον και, εις το εσωτερικόν του, το μεσαιωνικόν τέμπλον, τοιχογραφίαι και επιγραφαί».
Τον Μάρτιο του 1847, μετά από αίτημα της ρωσικής πρεσβείας, η εκκλησία παραχωρήθηκε στη ρωσική παροικία των Αθηνών, η οποία, χάρη στον ζήλο και στις ενέργειες του ρώσου αρχιμανδρίτη και καθηγητή της Ακαδημίας του Κιέβου Αντωνίνου, δεν κατεδαφίστηκε, όπως πρότειναν μερικοί, αλλά αναστηλώθηκε. Το έργο του σχεδιασμού της αναστήλωσης είχαν ο απεσταλμένος του Τσάρου Νικολάου Α’ ρώσος αρχιτέκτονας Ιβάν Στρομ, ο έλληνας Τηλέμαχος Βλασσόπουλος και ο γάλλος Φρανσουά Μπουλανζέ. Οι εργασίες άρχισαν τον Δεκέμβριο του 1850 και συνεχίστηκαν ως τον Απρίλιο του 1851, για να συνεχιστούν, μετά από μία διακοπή έντεκα μηνών για τεχνικούς λόγους, τον Μάρτιο του 1852 και να ολοκληρωθούν στα τέλη του 1855. Το μνημείο αποκαταστάθηκε στην παλιά του μορφή, υπέστη όμως κάποιες μικρές αλλοιώσεις. «Επίσης αντικαταστάθηκε το παλαιό λίθινο τέμπλο με νέο πολύ υψηλό και υψώθηκε το βυζαντινής μορφής καμπαναριό, που και αυτό περιτρέχει, νεώτερη φυσικά, κουφική ζωφόρος, απομίμηση εκείνης της εκκλησίας. Η όλη δαπάνη, που την κάλυψε η Ρωσία, υπολογίζεται ότι ανήλθε στο ποσόν των 14.995 δραχμών της εποχής εκείνης.
Στη διάρκεια των εργασιών επισκευής, όπως γράφει αναλυτικά ο αρχιμ. Αντωνίνος, ανακαλύφθηκε κάτω από το δάπεδο της εκκλησίας και σε βάθος πέντε μέτρων καλυμμένη δεξαμενή, ενταγμένη στο περίφημο αρχαίο Πεισιστράτειο υδραγωγείο, από την οποία έπαιρνε νερό το Λουτρό της οδού Ναυάρχου Νικόδημου.
Επειδή από τον παλαιό τοιχογραφικό διάκοσμο, που σωζόταν πλήρης ως την «Επανάσταση του 1821, δεν απέμειναν σημαντικά πράγματα, τη νέα αγιογράφηση έκανε ο γιος του γερμανού φιλέλληνα Θείρσιου, Λούντβιχ Τιρς (1825-1909). Από τις τοιχογραφίες σημειώνουμε εκείνη του Αποστόλου Παύλου, στον όποιο ο άπειρος ορθόδοξης τέχνης ζωγράφος έδωσε τα χαρακτηριστικά του βασιλιά Όθωνα! Τα εγκαίνια έγιναν το 1855 και η εκκλησία καθιερώθηκε στο όνομα της Αγίας Τριάδας. Οι Ιερές Ακολουθίες τελούνται στα ελληνικά και ρωσικά.
Από τα κειμήλια της εκκλησίας επισημαίνουμε τη φορητή εικόνα του Αγίου Νικολάου, αφιέρωμα της βασίλισσας Όλγας, και άλλες που έφεραν Ρώσοι μετά την Επανάσταση του 1917, ιερά άμφια κ.λπ.
Όταν πριν από μερικά χρόνια γινόταν εκσκαφή των θεμελίων του μεγάρου Μποδοσάκη (Αμαλίας 20), βρέθηκε το νεκροταφείο του μοναστηρίου. Το 1960 απαλλοτριώθηκε το οικόπεδο του κατεδαφισθέντος μεγάρου Κ. Σταθάτου (Αμαλίας 22) και διαμορφώθηκε σε μικρή πλατεία, και έτσι η εκκλησία ανέπνευσε κάπως από τις γύρω οικοδομές και αναδείχθηκε.
