Църквата е построена по проект на Растрели по заповед на императрица Елисавета през 1749 – 1754 г. – на мястото, където според легендата апостол Андрей Първозвани по време на пътуването си на север издига кръст (според „Начална руска летопис“). Строителните работи са извършени от местни майстори под ръководството на московския архитект Иван Мичурин. Оригиналите на рисунките на църквата „Св. Андрей“ се съхраняват във виенската Албертина.[1]

 

Църквата на пощенска картичка от 1911 г.

По време на посещение в Киев през 1744 г. благочестивата императрица полага със собствената си ръка първия камък в основата на новата църква. Първият проект на църквата е направен от германския архитект Йохан Готфрид Шедел, който от 1731 г. работи в Киев по реконструкцията на Киевско-Печерската лавра и преустрояването на сградите на Софийския манастир. Но императрицата не харесва проекта и нарежда на главния архитект Растрели да изготви нов.[2]

Строителните работи започват през есента на 1747 г. и приключват през 1753 г., но храмът е осветен едва след завършване на вътрешната украса през 1767 г. Известни руски, украински, беларуски и полски майстори участват в изграждането на църквата „Св. Андрей“: Н. Алексеев, П. Ржевски, М. Чвитка, Я. Шевлицки, В. Клецковски, П. Цегу и други.[3][4]

От 1949 г. в стилобата на храма се намира Киевската духовна семинария (затворена през 1960 г.), а мощите на света великомъченица Варвара се съхраняват в самия храм. Скоро след затварянето на семинарията, под предлог за „състоянието ѝ“, църквата „Свети Андрей“ също е затворена мощите на св. Варвара са пренесени във Владимирската катедрала).

През 1968 г. църквата е отворена за обществеността като музей. През май 2008 г. секретариатът на президента Виктор Юшченко предава църквата „Св. Андрей“ от Националния резерват „София Киевска“ на Украинската автокефална православна църква. Църквата е част от Националния резерват „София Киевска“.

Състоянието на църквата „Св. Андрей“ значително се подобрява след мерки за укрепване на склона, на който се намира сградата, и основния ремонт на пътя на Андреевската улица. Тези и други работи са завършени преди Евро 2012. Склонът под църквата „Св. Андрей“ е подсилен по специален проект с анкери, а земята е подсилена с полимерни материали. Дърветата и храстите са напълно премахнати. Така склонът получава първоначалния си вид, а гледката към църквата „Св. Андрей“ от северната и източната страна значително е подобрена. Въпреки това, в зоната за сигурност на църквата „Св. Андрей“ и Андреевската улица продължават да се строят къщи, което влошава състоянието на паметника.

На 18 октомври 2018 г. Върховната Рада на Украйна приема закон За характеристиките на използването на църквата „Св. Андрей“ от Националния резерват „София Киевска“, според който църквата „Св. Андрей“ е прехвърлена за постоянно в полза на Константинополската патриаршия, която да настани там ставропигия (представителство).[5] На 7 ноември президентът Петро Порошенко подписва законопроект, одобрен от Върховната Рада, който предвижда църквата „Св. Андрей“, обект на културното наследство и държавен архитектурен паметник, да бъде предадена за постоянно постоянно ползване на Вселенската патриаршия за изпълнението на услуги, религиозни ритуали, церемонии и шествия.[6]