Башня была возведена в 1495–1499 годах итальянским архитектором Алевизом Миланцем и в настоящее время является самым высоким строением кремлевского ансамбля.
Свое нынешнее название башня получила в 1658 году благодаря находившемуся рядом подворью Троицкого монастыря.
В 1585 году на башне были установлены куранты, остававшиеся там вплоть до пожара 1812 года.
В XVI–XVII веках внутри Троицкой башни размещалась тюрьма.
В конце XVII века башня была надстроена многоярусными шатрами. В 1707 году были расширены бойницы, а в 1870 году башню перестроили для нужд Архива Министерства императорского двора.
Троицкая башня прорезана воротами, въезд в которые охраняет Кутафья башня. Над воротами ранее находилась икона Казанской Божьей Матери, сильно поврежденная при штурме Кремля большевиками в 1917 году.
Троицкая башня всегда приковывала внимание археологов, и неслучайно. В 1812 году в одном из ее многочисленных тайников спрятал клад начальник дворцового управления П. С. Валуев.
Еще в 1852 году после сильного ливня у подножия башни образовалась промоина, открывшая вход в подземные палаты. Еще через год в воротах Троицкой башни была обнаружена жилая комната с очертаниями огромных арок на стенах.
Н. С. Щербатов намеревался проникнуть в подземные палаты, выстроив новую подземную галерею. Для этого у подножия Троицкой башни со стороны Александровского сада был пробит подземный ход. Вот что говорит об устройстве галереи сам археолог Щербатов: «…шла в прямом направлении 3–4 сажени с уклоном вниз, затем галерея была направлена под прямым углом влево и шла под проездом через Троицкие ворота в Кремль. Долго пробивали каменную кладку выступа башни. По мере продвижения ставились деревянные столбы, на них укладывались доски для устранения обвалов сверху».
Через месяц ежедневного утомительного труда надежды Щербатова оправдались. Новый подземный ход вывел его в древнюю сводчатую белокаменную палату, ширина которой составляла около 4,6 м, а высота – 5 м. В полу помещения располагался люк, заложенный плитой. Как оказалось, через него можно было попасть во вторую палату таких же размеров, но высотой 2,9 м.
Верхняя палата была соединена сводчатым коридором с еще одним помещением, также имевшим «двойника» на нижнем ярусе. Из правой стены второй верхней палаты отходил низкий и узкий подземный ход: «На расстоянии около 2 аршин он идет прямо в направлении проезда ворот под башню, а затем поворачивает направо, поднимаясь постепенно кверху. Идти по этому тоннелю можно, только сильно согнувшись… Выход в кремлевской стене прямо над тротуаром, в 4-х аршинах от выступа Троицкой башни, направо от въезда через нее устроили новый проход, по высоте ниже первого».