W 1928 budowla została przejęta przez Kościół katolicki, a w 1930 odbyła się rekonsekracja odnowionej świątyni. W zaadaptowanej do potrzeb liturgii łacińskiej świątyni zachowano pierwotną posadzkę i freski. W prezbiterium znalazł się natomiast obraz Matki Boskiej Częstochowskiej, którego autorem był pacjent szpitala Bolesław Wisłocki. Wyposażenie nowo utworzonego kościoła przeniesiono z kaplicy katolickiej, która istniała od początku funkcjonowania szpitala w budynku administracyjnym w centralnej części kompleksu jego zabudowań. W ten sposób w obiekcie znalazły się kielich i organy z końca XIX w. oraz obraz Przemienienia Pańskiego.
Architektura Cerkiew wzniesiono w stylu typowym dla średniowiecznego budownictwa sakralnego Apostolskiego Kościoła Ormiańskiego, popularnym wśród rosyjskich architektów początku XX stulecia. Autorem planu cerkwi był Piotr Fedders, który w Warszawie zaprojektował również wojskową cerkiew św. Martyniana. Budowla jest bardzo zbliżona formą do cerkwi w Lisinie, którą projektował Nikołaj Benois - ojciec Leontija, architekta, dzięki któremu Piotr Fedders otrzymał zlecenie na wykonanie projektu świątyni prawosławnej w Tworkach.