Zidanje Hrama počelo je 1936. po projektu arhitekata Bogdana Nestorovića i Aleksandra Deroka, ali je zbog Drugog svetskog rata, a potom i novih komunističkih vlasti prekinuto. Nastavak gradnje usledio je 1985. sa arhitektom Brankom Pešićem kao protomajstorom, ali se ubrzo dogodio raspad Jugoslavije, građanski rat i ekonomske sankcije. Obnavljanje radova krenulo je 2000. i do 2003. je potpuno završen eksterijer, a u toku je završetak radova na enterijeru. Izgradnja crkve je finansirana isključivo dobrovoljnim prilozima. Pored Hrama izgrađene je Parohijski dom, a planirana je i nova zgrada Patrijaršije.

Hram je izgrađen u srpsko-vizantijskom stilu, sa četiri zvonika visoka 44 m. Visina vrha kupole iznosi 70 m, dok je glavni pozlaćeni krst visok još 12 m, što vrhu Hrama daje ukupnu visinu od 82 m, a nadmorsku visinu od 134 m (64 m iznad nivoa reke Save). Zbog toga ova crkva zauzima istaknuto mesto na beogradskom horizontu i vidljiva je sa svih prilaza gradu. Hram zauzima površinu od 3500 m² u prizemlju, uz dodatnih 1500 m² na tri galerije na prvom nivou. Postoji još i galerija od 120 m² na drugom nivou, na kome se nalazi i spoljašnji vidikovac koji se prostire oko cele kupole. Hram se u pravcu istok-zapad proteže 91 m, a u pravcu sever-jug 81 m. Kupole su ukrašene sa 18 pozlaćenih krstova u tri veličine, dok se u zvonicima nalazi 49 zvona.

Crkva može da primi 10.000 vernika, a na zapadnu horsku galeriju može da stane 800 horista. Ispod poda hrama je izgrađena riznica i kripta svetog Save, kao i grobna crkva svetog kneza Lazara, ukupne površine oko 1800 m². Hram je obložen belim mermerom i granitom, a živopisanje, koje tek predstoji, biće urađeno u tehnici mozaika. Predviđeno je da se u glavnoj kupoli nalazi ogroman mozaik Hrista Pantokratora.