В 1862 г. русское посольство озаботилось состоянием церкви, которая никак не соответствовала престижу империи. Главным ревнителем новой постройки был настоятель церкви протоиерей Евгений Попов, прослуживший при ней 33 года. Сначала его усилиями собрали по подписке 1608 фунтов стерлингов, потом императрица Мария Александровна внесла еще 300 фунтов, и в конце концов министерство иностранных дел раскошелилось на полторы тысячи. В общем же вся постройка обошлась почти в 4 тысячи фунтов стерлингов, что составило по курсу того времени около 40 тысяч рублей. Работы были окончены в начале 1866 г. и 14 февраля того же года состоялось освящение храма.
С улицы он полностью закрыт линией зданий, обычных для Лондона, построенных вплотную друг с другом. В доме № 32 дверь ведет в сравнительно небольшой холл, за которым и находится бывший церковный зал, высотой 18 м, покрытый куполом, на котором был воздвигнут крест. В Британской энциклопедии издания 1911 г. иконостас русской церкви на Уэлбек-стрит описан как особенно красивый и образцовый.
По словам Е. К. Смирнова, бывшего в начале ХХ в. настоятелем церкви, «не имея внешнего вида, лондонский храм тем более поражает русского посетителя своим внутренним видом. Он разом и целиком переносит его в далекую, но родную и милую сердцу церковную обстановку. Контраст между бурной и шумной жизнью лондонской улицы и тишиною и религиозно-церковною уютностью храма поражает не только русского человека, пришедшего в храм помолиться, но и иностранца, заглянувшего в него из простого любопытства».
«За мою 40-летнюю службу в Лондоне, – продолжает настоятель, – мне многократно приходилось слышать от посетителей-англичан такие восклицания: "Как у вас здесь хорошо и все прекрасно устроено! Идя по улице, нельзя себе представить, что у вас такая великолепная церковь! На улице шум, гам, суетня и толкотня, а у вас здесь тишина и чудная обстановка, которая сама собой располагает к молитве!"». Интерьеры церкви были выдержаны в византийском стиле. В куполе изображены 12 апостолов, вниз спускалось позолоченное паникадило на 48 свечей, стены украшены росписью.
Вместимость храма – примерно 100–120 молящихся, но обычно там бывало немного народа: на всенощных бдениях не более 10 человек, на воскресных литургиях – до 30–40 человек, и только в пасхальные богослужения храм бывал полон. Только однажды, как вспоминал настоятель, когда в Лондоне «находилось 40 присланных из России солдат, до 80 бежавших из Германии военнопленных, до 80 высших и гражданских чинов, служащих в русском комитете в India House, и несколько проезжих русских», церковь на Пасху настолько наполнилась, что было невозможно войти в нее.
Русскую церковь всегда посещали приезжавшие в Великобританию царствующие особы – Николай I, Александр II и Александр III, Николай II, их супруги, великие князья и княгини. В церкви бывали и английские