Gotowy obiekt został wyświęcony cztery lata po ukończeniu prac budowlanych. Budowla reprezentuje typ świątyni, w której w obrębie jednego budynku znajdują się zarówno główna nawa i pomieszczenie ołtarzowe, jak i dzwonnica, położona ponad nawą (typ „pod dzwony”, cs. iże pod kołokoły). Nawa cerkiewna ma kształt prostokąta, na którym usytuowano trzy ośmiokątne kondygnacje; dzwonnicę mieści środkowa. Całość otoczona jest galerią i zwieńczona trzema kopułami. Cerkiew z zewnątrz posiada bogatą dekorację rzeźbiarską. W cerkwi znajdował się unikatowy dziewięciorzędowy złocony ikonostas, zdobiony rzeźbami z motywami winorośli. W 1812 cerkiew została zdewastowana przez wojska francuskie razem z całą posiadłością w Troice-Łykowie.
Cerkiew Trójcy Świętej pozostawała czynna do 1930, podobnie jak druga, wzniesiona w XIX w. cerkiew Zaśnięcia Matki Bożej na terenie dawnego Troice-Łykowa. Cerkiew Zaśnięcia Matki Bożej została zaadaptowana na stołówkę przy szkole suworowskiej, a jej wyposażenie uległo zniszczeniu;