Изначально церковь была деревянной, в 1868 году была заменена на каменную. Прихожанами были в большинстве своем подданные Греции. До 1939 года Греческой называлась даже улица, на которой стоит храм. Современный собор создан по проекту И. Колодина. Арочные окна пропускают свет, в плане церковь имеет форму креста, над входом небольшая колокольня.
Внешняя сторона стен богато декорирована: узоры, изящные пилястры, капители коринфского ордера, мозаика. Купола голубого цвета украшены крестами. Приделы посвящены собору крымских святых и святым равноапостольным Константину и Елене, их два. Храм освящен во имя Святой Троицы.