Biserica de piatră cu hramul Trei Ierarhi (Vasile cel Mare, Grigore Teologul și Ioan Gură de Aur) a fost ridicată de spătarul Mihai Cantacuzino, în perioada 1695 – 1698, pe locul unei biserici de lemn, cu hramul Sf. Parascheva, ce fusese ridicată în 1641 de dregătorul Udrea. Arhitectural, în realizarea bisericii predomină stilul brâncovenesc, însă se îmbină cu cel bizantin, cel românesc și cu barocul italian.

Cutremurul din 1838 a vătămat serios biserica. Lăcașul de cult a fost reparat în 1841 de arhitectul Faiser și de antreprenorul Conrad Schwink. În 1871, pictura interioară a fost refăcută de Gheorghe Tattarescu care a alternat diverse motive și decorațiuni din imitație de marmură. În biserică, pe peretele din vest al pronaosului, se află tabloul votiv, unde este înfățișat spătarul Mihai Cantacuzino împreună cu soția sa Maria. Ulterior, în 1895, în timpul reparațiilor supravegheate de arhitectul G. Mandrea, s-a descoperit sub tencuiala exterioară o zugrăveală în frescă, roșu cu negru, care acoperea biserica, și care i-a fost atribuită lui Pârvu Mutu. Bombardamentele din 1944 au afectat din nou biserica, lucrările de refacere și de consolidare având loc în 1949, apoi, între 1950 și 1955 a fost reconstruit turnul – clopotniță de pe pronaos, după proiectul arhitectului Horia Teodoru. Marele cutremur de pământ din 1977 a avariat grav biserica. Restaurarea bisericii Colțea, desfășurată din 2006, a presupus și reconstruirea celei de-a doua turle, cea de deasupra naosului (căzută în urma cutremurului din 1940 și a bombardamentelor din al Doilea Război Mondial). Acum biserica se apropie foarte mult de aspectul pe care l-a avut inițial.

Printre picturile deosebite aflate în biserică se numără icoana Maicii Domnului cu Pruncul, icoana Sfinților Trei Ierarhi, icoana Sfinților fără de arginți Cozma și Damian și cea a Cuvioasei Parascheva. Catapeteasma și pridvorul sunt decorate cu numeroase elemente florale iar în pridvor se găsește un portal de stil baroc italienesc amestecat cu elemente autohtone. Se compune dintr-un gol de ușă terminat în arc trilobat, încadrat de două coloane neo-corintice, împodobite cu viță-de-vie și struguri, care susțin o cornișă înaltă, tăiată în stilul Renașterii italienești. Pe friza acesteia, doi grifoni înaripați, sculptați în altorelief, întind o placă de piatră pe care altădată fusese săpată inscripția, mai apoi rasă de turci, în care erau însemnate date referitoare la construcția bisericii și la ctitorii ei. Piedestalurile coloanelor, ca și fragmentele de arhitravă de deasupra capitelurilor, sunt împodobite cu figurile, scoase mult în relief, ale celor patru Evangheliști, însoțite fiecare de atributul său. Părți din balustrada decorată cu reliefuri cioplite în piatră ale balconului Turnului Colței, care s-au păstrat întregi după prăbușirea părții superioare a turnului cu ocazia cutremurului din 1802, au fost recuperate și au fost încadrate între coloanele pridvorului bisericii Colțea. Printre reliefurile decorative cu elemente florale se află și vulturul bicefal cantacuzin.