Церковь во имя Живоначальной Троицы в Китаевском монастыре, или, как его еще называют, Китаевской пустыни, построили в 1763–1767 годах в стиле украинского барокко. Работами руководил зодчий Степан Ковнир. Позднее храм перестраивали — в частности, добавили еще три купола, так что церковь стала пятиглавой; пристроили притвор и возвели колокольню. В 1930-е храм закрыли, колокольню разобрали, а комплекс монастырских зданий передали Всесоюзному исследовательскому институту плодового и ягодного хозяйства (будущему Украинскому НИИ садоводства). В 1992 году после проведенной реставрации собор вернули верующим.
