Храм построен в греко-византийском стиле, поэтому традиционно план имеет вид креста. Здание церкви возвышается на высоком цоколе, что, несмотря на небольшие размеры здания, делает его вид более внушительным. Купол покоится на восьмигранном барабане, каждая грань которого заканчивается фронтоном. Украшают храм тонкие пилястры, полуциркульные арки, тройные окна с витражами. С восточной стороны расположена пятигранная апсида, главный вход оформлен в виде арки, опирающейся на две полуколонны. Примечательной исследователи находят трёхъярусную колокольню, которая значительно выше основного купола. После революции церковь оставалась действующей. Её прихожане были греческими подданными, поэтому власть не сразу применила силовые приёмы. Сначала постановили, что колокольный звон – явление неприемлемое для социалистической действительности, поэтому сняли колокола. Община решила защищать свой храм, для этого отправила в Москву к греческому консулу письмо с просьбой о помощи. Отвёз письмо председатель церковной двадцатки Савва Фёдорович Кириакиди. Это обращение привело власти Евпатории в ярость, они обвинили греческую общину в клевете. В 1936 г. договор с греческим обществом расторгли из-за того, что прихожане не сумели отремонтировать здание. У государства денег также не нашлось, и храм закрыли. С конца 1950 гг. в здании храма организовали спортзал. В 1959 г. была разрушена звонница. На одной из стен церкви виден след от снаряда – это след от шрапнели, выпущенной с турецкого крейсера «Мидилли» (переименованный германский «Бреслау») 24 апреля 1916 г. по старому стилю. На этой набережной 5 января 1942 г. произошла высадка Евпаторийского десанта. За время советской власти храму был нанесён урон. Восстановительные работы ещё не закончены. К юбилею Евпатории в 2003 г. колокольню восстановили, был установлен новый колокол. Его отливали на днепропетровском предприятии «Благовест-1». Высота колокола составляет 89 см, диаметр – 84 см, на поверхности – надпись: «Сей колокол отлит в честь 2500-летия богоспасаемого града Евпатории в лето 2003 от Рождества Христова для храма пророка Илии». На территории храма установлен Памятный крест жертвам красного террора зимы 1918 г. На пьедестале креста установлена мемориальная табличка с надписью: «Поставлен сей Честный Крест во имя Святые Троицы в память о 40 расстрелянных и 800 казнённых большевиками на кораблях «Трувор» и «Румыния» в Евпатории в марте 1918 года и всех новомученников во время лютых гонений за веру и Отчизну пострадавших. Благословением митрополита Симферопольского и Крымского Лазаря, усердием настоятеля храма протоиерея Георгия Куницына в ноябре 2009 г. Святые подвижники благочестия, молите Бога о нас!».