Храм находится на территории подворья Свято-Троицкого Серафимо-Дивеевского монастыря в Нижнем Новгороде, которое открылось в 1997 году.
Район Крестовоздвиженской площади, современная площадь Лядова и улицы Полевой, современная улица Горького, начал активно застраиваться с середины XIX века. Жители вновь застроенной части города стали настойчиво требовать от духовных властей возведения в этом районе храма, ибо ближайшей оставалась одна Покровская церковь, куда из-за глубоких оврагов и бурных проток в весенне-осеннее время добраться было непросто.
Желание прихожан поддержал епископ Иеремия. Он обратился к военному губернатору Ф. В. Анненкову с просьбой об определении места строительства для нового храма. Таким местом было определено пересечение Канатной и Немецкой улиц. Преосвященный также определил посвящение будущего храма: «чтобы местность сия и храм на ней Господень были посвящены имени празднуемых здесь Первопрестольников Российских, хранителей апостольских преданий, православия наставников и заступников любезнейшаго Отечества нашего Петра, Алексия и Ионы».
Архитектором церкви стал Н. И. Ужумедский-Грицевич, в апреле 1859 года состоялась закладка фундаментов. На следующий год каменная церковь была полностью построена. Внутри здания пол был выстлан белым камнем, поставлены три резных иконостаса, своды расписаны фресками, а стены затянуты холстами с написанными на них ликами святых. Семь колоколов на колокольне церкви Московских святителей радовали жителей Нижнего Новгорода своим звоном.
К исходу 1860 года в Синод сообщалось, что каменная Трехсвятская церковь в Нижнем Новгороде возведена «во всех частях прочно, стройно и чисто».
1 декабря 1860 года епископ Нижегородский Нектарий освятил главный престол храма в честь Петра, Алексия и Ионы, Московских чудотворцев, 14 декабря правый придел в честь апостола Иасона и Николая Чудотворца, 16 декабря левый придел в честь евангелиста Луки.
В XX веке Трехсвятскую церковь постигла судьба большинства храмов России. После революции 1917 года храм был разорен, в молельном зале устроено общежитие. В 1998 году на средства Свято-Троицкого Серафимо-Дивеевского монастыря началась реставрация храма.
11 июня 2004 года епископ Нижегородский и Арзамасский Георгий совершил чин освящения главного придела во имя святителей Петра, Алексия, Ионы, Филиппа и Ермогена, Московских и всея России чудотворцев, день памяти которых празднуется 18 октября.
