Został zbudowany w latach 1604–1608 w stylu późnogotyckim przez mistrza murarskiego Szymona Georga jako pierwsza zupełnie nowa świątynia protestancka w mieście. Powstał dla upamiętnienia ofiar epidemii dżumy, która w 1599 zdziesiątkowała ludność miasta. Stanął na założonym w 1550 cmentarzu protestanckim i został w 1608 poświęcony jako kościół cmentarny.
W okresie kontrreformacji był ostatnim protestanckim kościołem w Bielsku. Przez katolików został przejęty w 1654, będąc odtąd kościołem filialnym parafii św. Mikołaja. Otaczający go cmentarz był we wspólnym użytkowaniu zarówno katolików, jak i protestantów.
Kościół w 1659 spłonął, odbudowano go dopiero w roku 1775. W 1808 strawił go kolejny pożar. Po odbudowie był użytkowany jako magazyn soli. W latach 1826–1831 został przebudowany staraniem proboszcza bielskiego ks. Mateusza Opolskiego, dodano wtedy nawę boczną i wieżę. W 1883, po kolejnej przebudowie, stał się kościołem szkolnym. W 1896 otaczający kościół cmentarz został zamknięty i zamieniony na plac kościelny oraz ogród.
W 1928 bielska firma R. Juttner & F. Bolek rozpoczęła sześcioletnią przebudowę kościoła. W tym czasie wydłużono nawę główną w kierunku zachodnim z dodaniem portalu i bocznej galerii. W 1934 przesunięto także wieżę ze środka na koniec kościoła i dobudowano nawę boczną.
Jednocześnie od 1928 zaczął pełnić funkcję kościoła garnizonowego[2].
W 1933 odbyły się w kościele uroczystości związane z 250 rocznicą „wiktorii wiedeńskiej”. Z tej okazji wmurowano w nim tablicę upamiętniającą Jana III Sobieskiego, a ulicę, przy której stoi nazwano jego imieniem.
W 1958 erygowano parafię Trójcy Przenajświętszej. Kościół św. Trójcy stał się kościołem parafialnym. W latach 80. XX wieku w sąsiedztwie kościoła zostały wybudowane salki katechetyczne, rozpoczęto też budowę nowej plebanii, prace jednak przerwano z powodów finansowych.
Architektura
Kościół jest budynkiem dwunawowym z dużym prezbiterium zakończonym apsydą.
Z powodu licznych przebudów kościół posiada zniekształcone cechy stylowe z wątkami późnogotyckimi (skarpy i prezbiterium) oraz barokowymi (nawy).
Wnętrze utrzymane jest w duchu posoborowym. Jednym z niewielu elementów starszego wyposażenie jest XIX-wieczny ołtarz główny, w którym w formie płaskorzeźby przedstawiono Trójcę Świętą: Bóg Ojciec jako starzec z brodą, Syn Boży jako młody mężczyzna z krzyżem siedzący na obłokach oraz Duch Święty jako unosząca się nad nimi gołębica. W prezbiterium od północy znajduje się gotycki portal do zakrystii oraz empora na piętrze z balustradą (wnęka kolatorska). Na ścianach i suficie nie ma żadnych fresków ani malowideł.
Do najcenniejszych zabytków ruchomych należą XVIII-wieczny obraz św. Antoniego, krucyfiks z XVIII wieku, organy z 1883, neorenesansowe konfesjonały oraz neogotycka rzeźba Madonny z Dzieciątkiem zwana Matką Boską Podhalańską S. Maultza z 1929 w ołtarzu głównym.