В 1860 году Удельное ведомство купило усадьбу графа Л.С. Потоцкого для строительства здесь дворца. Император Александр II подарил Ливадию своей жене императрице Марии Федоровне, которая болела чахоткой и должна была ежегодно лечиться на юге. Придворному архитектору Ипполиту Монигетти поручили построить здесь целый архитектурный комплекс: два дворца, служебные помещения, оранжереи, бассейны и, конечно же, дворцовую церковь. Церковь была переделана архитектором в 1864 году из костела, поэтому ее алтарь ориентирован не на восток, как у всех православных церквей, а на юг.
Проектируя церковь, архитектор обратился к византийскому стилю. Источником его вдохновения была также архитектура грузинских церквей. Храм небольшой, ведь он был рассчитан только на императорскую семью и ближайшее окружение (он даже был соединен с кабинетом Александра II). В плане здание представляет собой крест, вытянутый с севера на юг. Восточная стена прорезана арочными окнами.
Изящная церковь, украшенная внутри резьбой по дереву, цветными стеклами витражей, восхищала уютностью и благолепием. По словам современников, церковь пленяла "грацией и изящной простотой". Первоначально крыша ее завершалась цилиндрическим барабаном, покрытым рельефным орнаментом и увенчанным конической чешуеобразной кровлей с крестом. Это особенно роднило Ливадийскую церковь с грузинскими постройками. Позже, с устройством на крыше светового фонаря, церковь в какой-то степени утратила цельность художественного образа.
