Храм построен в 1690-1694 годах по приказу Петра I в благодарность св. Сергию за спасение семьи в стенах Троице-Сергиева монастыря и за то, что св. Сергий внял молитвам Петра I: Петр молился святому о помощи в борьбе с Софьей. Церковь стоит в середине монастырского комплекса, разделяя его надвое. Первоначально церковь была одноглавой. В 1704-06 гг. церковь Сергия надстроили. Двусветный четверик и перекрытая коробовым сводом трапезная поставлены на высокий подклет и окружены гульбищем. Четверик украсили кокошниками с раковинами в тимпанах, возвели второй наружный свод и на нем поставили пять глав. Из белого камня выполнены сложные обрамления окон и порталов, основания шеек глав. Главы и кресты были расцвечены разными красками и позолотой. В 1812 г. монастырь сильно пострадал. В нем стояли солдаты Наполеона. В храме Сергия была конюшня. Завоеватели. уходя, тащили монастырское имущество. После 1812 г. монастырь восстановился, но без прежнего блеска и значимости. В 1920-е гг. монастырь закрыли и передали гражданским учреждениям. В церкви св. Сергия была репетиционная площадка хореографического ансамбля "Березка". С 1992 г. в трапезной части храма прп. Сергия Радонежского регулярно совершаются богослужения.