Au fost descoperite fragmente de vase din epoca bronzului s-a putut stabili că acest material provine de la vase scunde cu pereţii groşi, făcuţi dintr-o pastă cenuşie cu mult nisip, avînd buza îngroşată în afară şi fundul plat. Pe umărul unora din aceste vase se aflau torţi rotunde, groase, cu un orificiu cilindric orizontal sau torţi de formă triunghiulară.

Înmormântări succesive ale călugărilor sau oficialilor Mitropoliei, precum şi ale membrilor famiilor boiereşti, sunt atestate de numeroase pietre de mormânt descoperite în biserică, unele acoperite de pardoseli noi. Un pomelnic din secolul al XVIII-lea cuprinde o listă a înmormântărilor din biserică. În cercetările din 1960, alături de zidul altarului, la adîncimea de -1,30 faţă de solul actual a fost surprins mormântul unui prelat, cu patru cărămizi puse pe craniu în formă de cruce. În afara câtorva resturi de îmbrăcăminte a fost găsit la acest mormânt o cataramă din fier.

Primul paraclis a fost ridicat odată cu Palatul mitropolitan în secolul XVII apoi a fost reclădit de Nicolae Mavrocordat în 1723. Paraclisul, construit pe un postament înalt, are un plan dreptunghiular. Iniţial a avut turlă (care apare printre altele şi într-o acuarelă a lui Szathmary probabil dinainte de 1866), dar ea a fost dărâmată către sfârşitul secolului al XIX-lea. Paraclisul nu are pronaos ; naosul, de formă pătrată, este susţinut de patru arcuri pe console.

Clădirea bisericii şi a zidirilor din jur a fost începută de Constantin Şerban voievod (1654— 1658), pe locul unei biserici mai vechi, de lemn, atribuită lui Oprea iuzbaşa. Constantin Şerban nu a reuşit să termine clădirea, care a fost isprăvită de urmaşul său Mihail Radu (1658—1659), după mărturia din 1657 a lui Paul de Alep care scrie că biserica nu era gata. Domnitorul Radu Leon decide să fie aici mitropolia ţării. Biserica a fost reparată şi modificată în mai multe rânduri, la sfârşitul secolului al XVIII-lea, apoi în 1834, în 1850-1858, în 1886 iar în 1932-1935, biserica a fost restaurată de Comisia monumentelor istorice.

Vechea clopotniţă a mitropoliei se găsea deasupra intrării dinspre apus (lângă paraclis). Clopotniţa dinspre răsărit a fost zidită de Constantin Brâncoveanu în 1698 (data pisaniei este sept. 20 1698), care a făcut o a doua intrare în curtea bisericii mitropoliei, apropiată de palatul său din actuala Piaţă a Unirii. Această clopotniţă a fost restaurată în 1942 şi 1958.

Într-o primă formă, palatul a fost ridicat odată cu biserica (1654—1658), şi a devenit palatul mitropoliţilor ţării după 1665. A fost terminat de mitropolitul Teodosie. Clădirile din secolul al XVII-lea nu se mai conservă în forma originară, la vechiul palat adăugându-se alte construcţii. Din vechiul palat nu se mai păstrează, probabil, decât pivniţa cea mare, lungă de 18 metri, deasupra căreia s-a clădit trapeza şi paraclisul.