Kostol bol pôvodne zasvätený Panne Márii. V 16. storočí mesto obsadil Rafael Podmanický, ktorý kostol prestaval na pevnosť. V roku 1610 sa v kostole pod patronátom palatína Juraja Thurzu konala tzv. Žilinská synoda, najvýznamnejšia udalosť reformácie na Slovensku.
Kostol, pôvodne gotický, má po prestavbe renesančný charakter. Je trojloďový. Hlavný oltár Najsvätejšej Trojice je z roku 1697. Obraz namaľoval Jozef Božetech Klemens v roku 1870. Pod kostolom sa nachádza šesť krýpt a dve zamurované studne. Siedma krypta je pod pristavenou Kalváriou na východnej strane kostola, ktorú postavili v roku 1699.
Samotne stojacou zvonicou tohto kostola, ktorá pripomína známe talianske mestské zvonice - kampanily - je tzv. Burianova veža (výška 46 m).