Under 1600-talets första decennier inföll en guldålder i den danska historieskrivningen. Kung Kristian IV lät uppföra vad som skulle komma att bli det danska rikets förnämsta monument i form av slott och kyrkobyggnader. Bland slotten räknas Frederiksborg på Nordsjälland och Christiansborg i Köpenhamn som de främsta. Av kyrkorna skulle det verkliga praktverket komma att uppföras i rikets periferi Heliga Trefaldighetskyrkan i den nyligen anlagda befästningsstaden Kristianstad.
Då ritningarna sedan länge är förlorade råder viss osäkerhet kring vem som ritade Trefaldighetskyrkan, men sannolikt var det Kristian IV:s hovarkitekter, bröderna Lorenz och Hans van Steenwinckel (d.y.), båda utbildade i Amsterdam. Troligen inleddes arbetet av Lorenz och avslutades av Hans, efter broders frånfälle 1619. Även den arkitekturintresserade kungen var med och påverkade kyrkans utformning i både stort och smått. Byggmästare var David Nyborg som när kyrkan började uppföras 1618 redan arbetat några år med befästningen i Kristianstad.
Kyrkan anlades med en utvecklad korsformig plan som medförde att kyrkans yttre kunde gestaltas med sammanlagt sju dekorativa renässansgavlar. Tre åt norr och tre åt söder samt en mer påkostad gavel på koret i blickfånget från torget. Korgaveln och de centrala korsarmarnas gavlar kröntes av statyer, på korgaveln Kristus flankerad av Petrus och Paulus och på korsarmarna tre dygder vardera. Murverken uppfördes i tegel medan hörnkedjor, listverk, omfattningar och masverk mm utfördes i gotländsk sandsten. Kyrkorummet utformades som en treskeppig hallkyrka med läktare i korsarmarna. Bildhuggaren Hans Kock stod bakom stora delar av inredningen i trä, liksom de dekorativt skurna kyrkportarna. 1626 hölls den första gudstjänsten men invigningen av kyrkan dröjde till Heliga Trefaldighets dag den 8 juni 1628. Vid invigningen pågick ännu tornbygget och inredningen färdigställdes under de påföljande tre åren. Tornet kom däremot aldrig att fullbordas enligt entreprenadkontraktet. Tanken var av allt att döma att det skulle göras väsentligt högre än långhuset och därtill krönas med en spira lik den på Helligåndskirken i Köpenhamn ritad av Hans van Steenwinckel den äldre. Höga kostnader i kombination med en begränsad ekonomi till följd av 30-åriga kriget gjorde att tornet lämnades lägre än tänkt och försågs slutligen på 1690-talet med ett tillfälligt torntak av enklare karaktär avtäckt med ekspån.
Redan under 1600-talets andra hälft vittnar kyrkans räkenskaper om återkommande problem med fönstren, dels de blyinfattade fönsterglasen som vållade omfattande krav på underhåll, dels vittring på fönsterposterna av gotlandssandsten. Problemen ledde till att kyrkan under såväl 1600- som 1700-talet hade årliga kontrakt med glasmästare samt att fönsterposterna under samma tid löpande byttes ut mot replikor i ek. Utöver detta är den största förändringen under 1700-talet att korgavelns urverk i sandsten, som hämtats från kyrkan i Vä, 1759 ersätts av ett nytt av brädor klädda med järnplåt.
Omkring år 1800 får tornet ny avtäckning i form av ett flackt tälttak. Runt samma tid börjar de sekundära ekpostfönstren bytas ut mot nya i gotlandssandsten lika de ursprungliga, ett arbete som pågår fram till cirka 1815 och finansieras genom donationer från stadens borgare. 1813 ersätts västingångens och korsarmarnas portar med kopior av de ursprungliga renässansportarna.
Krimkrigets utbrott 1853 leder till en kraftig prisökning på bly. För att finansiera kyrkans restaurering och underhåll säljer församlingen det stora blytaket som ersätts av skiffer. Ännu på 1840-talet hade flera fönsterposter fått ersättas med provisorium av ek och trots att många fönster hade nytillverkats i början av århundradet var de nu i så pass dåligt skick att man i samband med takbytet 185661 ersätter kyrkans samtliga fönster med nya, nu liksom vid uppförandet med sandsten från Burgsvik på Gotland. Även övriga arkitektoniska sandstenspartier liksom gavelskulpturerna kompletterades delvis med nya delar. 1863 nyhuggs västentréns portal, möjligen i ett förenklat utförande.
Ett färdigställande av tornet hade diskuterats genom åren och redan vid mitten av 1700-talet hade arkitekt Carl Hårleman presenterat ett förslag för tornhuv som aldrig kom att utföras. I väntan på att tornet skulle bli färdigt hade kyrkklockorna vid uppförandet tillfälligt hängts på korvinden, och man hade sedan dess oroat sig för de påfrestningar detta utsatte korgaveln för. På 1840-talet konstateras att förbanden mellan långhus och korgavel börjat släppa och murverket säkras därför upp av ett 91 alnar långt järnankare efter förslag från restaureringsarkitekten och professorn i grekiska i Lund, Carl Georg Brunius. Brunius lämnar även förslag till tornets fullbordande i form av en kopparklädd spira i renässansstil, vilket 1856 kom att omarbetas av arkitekt J.A. Hawermaan vid Överintendetsämbetet. 1865 genomförs äntligen tornbygget under ledning av byggmästare S.P. Löfgren i Åhus. Tornet höjs med en våning för ljudluckor, klockorna överförs till tornet och 15 november står den kopparklädda tornhuven färdig för avsyn.
I mitten av 1870-talet flyttas kyrkans huvudingång från sidoskeppen till västportalen och nytt vapenhus i tornets bottenvåning inrättas efter förslag av domkyrkoarkitekt Helgo Zettervall. Ett valv med samma utförande som i den övriga kyrkan ersätter det tidigare plana trätaket och vindfång i mörkbetsad ek i renässansstil som ansluter till inredningen från 1620-talet installeras vid porten och ingången till kyrkorummet. På 1870-talet muras också den norra korsarmen igen för att skärma av kyrkans första värmeanläggning som utgjordes av ett kalorifersystem. 1890 flyttas predikstolen från sin plats framför koret till sin nuvarande placering norr om mittgången. I samband med detta tillkommer dagens väggfasta korbänkar, väggpaneler samt den nuvarande altarringen. Väggen från 1870-talet i norra korsarmen rivs när
byte till lågtrycksångsystem framkallar behovet av ett separat pannrum som uppförs 189394 på norra korsarmens västra sida. För ritningarna stod enligt motsägande uppgifter stadsarkitekt L. Hammar eller arkitekt John Smedberg. I samband med detta placeras de många gravhällar som legat i gångarna istället utmed kyrkans ytter- och innerväggar och kyrkorummets golv beläggs med kvadratiskt golvtegel som tillverkats vid Börringe tegelbruk med det ursprungliga golvteglet som förlaga.
Inför kyrkans 300-årsjubileum inleds 1926 en omfattande restaurering under ledning av arkitekten Gustaf Clason (son till Isak Gustav Clason). Gavlarnas tegelmurverk och sandstenspartier restaurerad grundligt medan fönstrens sandstensposter behandlas med så kallad Porfyrit, en cementkonststen i Skånskas sortiment. Valet av denna metod var av kostnadsskäl framdriven av församlingen och Clason hade i förhand dömt ut metoden på såväl tekniska som estetiska grunder, vilket även domkyrkoarkitekt Theodor Wåhlin och professor Sigurd Curman gjort när frågan diskuterats tidigare under 1900-talet. Sju av de nio gavelskulpturerna rekonstrueras.
1955 byts samtliga fönsters sandstensposter ut mot nya, återigen i gotlandssandsten från Burgsvik. I samband med detta rekonstrueras sydportalen. På 1980-talet inleds en omfattade restaurering av tak, fasader och inte minst fönstrens masverk, varav samtliga ersätts med nya av gotlandssandsten. Det sista masverket kommer på plats 2007, och 2015 ersätts sandstensposterna i västfönstret med rorschachersandsten.
Efter ritningar av arkitekt Märta Wachtmeister omgestaltas 2001 södra korsarmens östra bänkkvarter till dopkapell. Wachtmeister står även bakom den tillbyggnad som 2010 uppförs i mötet mellan norra korsarmen och långhuset för att lösa lokalisering av tillgänglighetsanpassad wc, vaktmästeri och samtalsrum. 201617 genomförs en omfattande interiör ombyggnad och restaurering. Arbetena omfattar bland annat restaurering och förändring av bänkinredning, plats för kyrkkaffe i norra korsarmen och barnverksamhet i den södra korsarmen. Fönsternischer fördes med nytt tegelgolv tillverkat utifrån kyrkans originalgolv och nytt ljudsystem installeras. Vapenhuset restaureras och automatiska skjutdörrar av glas installeras så att ekportarna kan ställas upp dagtid. 2018 flyttas de äldre gravhällarna som sedan sent 1800-tal stått uppställda mot kyrkans sockel till Gamla begravningsplatsen.