Επί τρία περίπου χρόνια ο Άγιος Λάζαρος με τη διορισμένη από τον Αρχιεπίσκοπο Επιτροπή αποτέλεσε το μόνο χώρο θρησκευτικής λατρείας για τους κατοίκους του Βύρωνα.
Το ξωκλήσι, όμως, αυτό ήταν φανερό ότι δεν επαρκούσε για τις ανάγκες του πληθυσμού, Έτσι το 1926 αποφασίσθηκε η ανέγερση Ιερού Ναού με το όνομα «Αγία Τριάς». Ιδρύθηκε, μάλιστα, και «Σωματείον Ανεγέρσεως Αγίας Τριάδος». Η επίβλεψη ανατέθηκε στην εκκλησιαστική επιτροπή του Αγίου Λαζάρου. Αρχιτέκτων ο Αθανάσιος Ι. Δεμίρης. Στη θεμελίωση πρωτοστάτησε η οικογένεια Πατού (Ελένη, Ιάκωβος, Μαρία, Μιχάλης).
Στο μεταξύ στο δασάκι του ομώνυμου λόφου είχε κατασκευαστεί μια πρόχειρη ξύλινη παράγκα σε σχήμα ναού. Η ανέγερση άρχισε αμέσως, αλλά οι εργασίες προχωρούσαν με απελπιστικά αργό ρυθμό. Το 1933 η εκκλησιαστική επιτροπή ζήτησε από το Δήμο Αθηναίων την αλλαγή του ονόματος της Ενορίας από Αγίου Λαζάρου σε Ενορία Αγίας Τριάδος. Το αίτημα έγινε δεκτό και από τότε ο Άγιος Λάζαρος έγινε παρεκκλήσι.
Με την αλλαγή αυτή οι εργασίες επιταχύνθηκαν σημαντικά. Νέα καθυστέρηση στην κατασκευή υπήρξε κατά τα δύσκολα χρόνια 1940 – 1950. Στο μεταξύ βέβαια, έστω και σε ημιτελή κατάσταση, ο Ναός λειτουργούσε. Ονομαστοί στα χρόνια εκείνα ήταν στην Αγία Τριάδα οι περίφημοι βυζαντινοί ψάλτες Σαπουτζάκης, Παπαφλωράτος και Καψάλης. Απελπιστικά αργά, το 1957, έγιναν τα εγκαίνια από τον Επίσκοπο Ευρίπου Αλέξιο κατ’ εντολή του Αρχιεπισκόπου Αθηνών Σπυρίδωνος. Από τότε και μέχρι σήμερα η Αγία Τριάδα είναι ο Μητροπολιτικός Ναός του Δήμου Βύρωνα.
Στα χρόνια της Εθνικής Αντίστασης και κατά τη διάρκεια της μάχης του Δεκέμβρη 1944 στο Άλσος της Αγίας Τριάδας θάφτηκαν αρκετοί αγωνιστές, όχι μόνο Έλληνες, αλλά και Ιταλοί και Πολωνοί αντιφασίστες. Οι τάφοι τους δεν υπάρχουν πια.
Απ’ το βιβλίο “90 χρόνια Βύρωνας” με την άδεια του συγγραφέως Απόστολου Κοκόλια