Zemesgabals baznīcas celšanai tika nopirkts no kādas privātpersonas- Pētera Mellera. 1742. gada 29. martā tika iedzīts pirmais pālis baznīcas celšanai. Baznīcu iesvētīja 1758. gada 5. decembrī.
Trīsvienības baznīca bija vācu baznīca. Baznīcas otrajā stāvā vēl šodien saglabājusies Kurzemes hercogu loža.
Unikāla kultūrvēsturiska vērtība ir Svētās Trīsvienības baznīcas ērģeles. Šīs, toreiz 38 reģistru ērģeles, pabeigtas būvēt 1779. gada 26. augustā un tās būvējis slavenais ērģeļu būves speciālists Heinrihs Andreass Konciuss. 1885. gadā ērģeles tiek pārbūvētas un palielinātas līdz 131 reģistram, padarot tās par lielākajām pasaulē. Ērģeles vēl šodien ir vislielākās nepārbūvētās mehāniskās ērģeles pasaulē ar vairāk nekā 7000 stabulēm un vienīgās, kurās vēl skan H. A. Konciusa izgatavotās stabules. Šo procesu finansēja Liepājas filantrope Ulrika Stinci, kas kopā ar vīru apbedīta arhitekta Berči projektētā ģimenes kapličā Vecajos kapos.
Šodien Svētās Trīsvienības baznīca pilda ne tikai sakrālas celtnes funkcijas, tajā norisinās arī pilsētai nozīmīgi kultūras pasākumi- ērģeļmūzikas festivāls, dažādi koncerti. 2008. gadā tajā norisinājās starptautiskā kinoforuma „Arsenāls” Liepājas pasākumu cikla atklāšana. Šis kultūras pasākums zināmā mērā ir uzskatāms par simbolisku. Proti, kinomākslas rītausmā baznīca to uzskatīja par „sātana mākslu” un nolādēja. Bija gadījumi, kad baznīca atteicās laulāt kinoaktierus. Attiecībā uz kinomehāniķa profesiju, ko tolaik dēvēja par demonstratoru, baznīca paziņoja - jau nosaukumā vien viss esot skaidrs: tas ir dēmons, vārdā Strators. Protams, vēlāk šī plaisa izlīdzinājās- kinematogrāfisti veidoja filmas par reliģiskām tēmām, baznīca, tāpat kā daudzas citas institūcijas, atzina mācību filmu lietderību dažādos tai svarīgos jautājumos…
Baznīcas arhitektūra ir veidota vēlīnā baroka stilā ar klasicisma iezīmēm. Dominējošais tomēr ir barokam raksturīgais dekoratīvais krāšņums un gleznainība, ieskaitot gaismas un ēnu kontrastus. Dievnama iekšējo apdari savukārt vairāk raksturo rokoko stils ar sarežģīto ornamentiku, kurā jaušami arī rokoko stilam neiztrūkstoši raksturīgie gliemežnīcu un koraļļu motīvi.
Baznīca ir atvērta apmeklētājiem, tā piedāvā arī uzkāpt baznīcas tornī, no kurienes paveras lieliska Liepājas panorāma ar skatu uz jūru.
