Zur Zeit Kaiser Leopolds I. kam der Orden der Trinitarier aus Spanien über Lemberg nach Wien. Die Aufgabe des Ordens war die Befreiung gefangener Christen. Im Jahre 1688 forderte der Kaiser die Trinitarier auf, sich ausserhalb der Stadt einen geeigneten Platz zu suchen, an dem sie ein Kloster und eine Kirche erbauen sollten. Der erste Bau war eine eher bescheidene Kapelle mit einem Altarbild, welches die Allerheiligste Dreifaltigkeit darstellte. Die Einweihung der Kapelle erfolgte bereits 1689. Schon bald war jedoch für die immer grösser werdende Schar an Kirchgängern zuwenig Platz vorhanden, worauf man die Kapelle zu einer Kirche erweiterte, welche drei Altare und einen Turm aus Holz mit zwei Glocken hatte. Ein dazugehöriges Kloster war nun in Planung, zu dem im Jahre 1690 von Bischof Graf Trautsohn der Grundstein gelegt wurde. Vier Jahre später war der Komplex fast vollständig erbaut.
Den Grundstein zur heutigen Kirche legte 1695 Kaiser Leopold I. persönlich. Nach siebenjähriger Bauzeit war die Kirche vollendet. Am 21. November 1783 befahl Kaiser Josef II. die Aufhebung des Ordens, worauf am 1. Mai 1784 die Minoriten aus der Innenstadt in die Alservorstadt umsiedelten und zahlreiche Sakralgegenstände, darunter drei Altäre und ein Gnadenbild des hl. Antonius, aus der alten Minoritenkirche in die Dreifaltigkeitskirche brachten. Seit dem 20. April 1783 ist die Dreifaltigkeitskirche Pfarrkirche der Pfarre Alservorstadt. Am 29. März 1827 wurde in der Kirche der Leichnam Ludwig van Beethovens eingesegnet. Im folgenden Jahr komponierte Franz Schubert eigens für die Glockenweihe der Dreifaltigkeitskirche die Hymne „Glaube, Hoffnung und Liebe".

Die Kirche ist ein klassisches Beispiel des Frühbarocks. Die Fassade, flankiert von den zwei auffälligen Türmen mit ihren hohen Kuppeldächern, war die erste ihrer Art in Wien mit ausgeprägter Konkavform. Über dem Portal prangt eine prachtvolle Darstellung der Heiligen Dreifaltigkeit. Das Kircheninnere mit den seitlichen Längskapellen ist kreuzförmig und wird von einer Kuppel überwölbt.

Das Hauptelement des Hochaltars stellt das Gemälde von Joseph Ritter dar, welches 1826 angefertigt wurde und die Allerheiligste Dreifaltigkeit zeigt. Auffallend sind die Seitenaltäre in den Längskapellen. Der Marienaltar zeigt die Immaculata des bedeutenden Biedermeiermalers Leopold Kupelwieser. Gegenüber steht der Franziskusaltar mit dem Bildnis der Stigmatisierung des hl. Franz von Assisi, gemalt von dem Minoriten Innozenz Moscherosch. Der Kreuzaltar wird dominiert von einem grossen Kruzifix, welches vermutlich ein Werk des berühmten Bildhauers Veit Stoss aus dem 15. Jrh. ist. Der Herz-Jesu-Altar trägt ein Bildnis mit dem Haupt Jesu und der Johannes-Nepomuk-Altar eines der hl. Anna. Weiter befinden sich auf der Seite der Altar der schmerzhaften Muttergottes, der Josefsaltar und der Altar mit dem Gemälde der Anbetung der Heiligen Drei Könige.

Die Dreifaltigkeitskirche um 1724