Dzieje tej świątyni są równie złożone, jak losy naszego kraju. Polska na długie dziesięciolecia zniknęła z mapy świata, również kościół pw. Świętej Trójcy zniknął z powierzchni ziemi, a po latach cudownie się odrodził.

Kościół powstał w XVI wieku poza murami Bydgoszczy, na przedmieściu zwanym od nazwy bramy miejskiej poznańskim. Już początki były ciekawe. Jednonawowy kościół ufundował bogaty mieszczanin w intencji doczekania potomka, ale nie doczekawszy się go, przerwał finansowanie. Na szczęście dzieło podjął inny mieszkaniec Bydgoszczy i prace mogły zostać dokończone.

20 maja 1579 roku biskup włocławski Stanisław Karnkowski dokonał konsekracji nowej świątyni, która spełniała rolę kaplicy cmentarnej, gdyż obok znajdował się cmentarz, gdzie chowano przedmieszczan. Kościół aż do 1639 roku nie posiadał kapelana. Wcześniej odprawiali w nim msze św. wotywne wikariusze kościoła farnego.

Wizytacja kanoniczna w 1763 roku wykazała, że świątynia była murowana i pokryta dachówką. Z boku stała dzwonnica z dwoma dzwonami. W środku kościół był drewniany, miał malowany sufit, chór ozdobiony wizerunkami apostołów, drewnianą podłogę oraz czternaście ławek ozdobionych herbami. Była to skromna budowla orientowana, z ozdobnym szczytem od zachodu.

Znalezienie się pod zaborem pruskim było równoznaczne z wyrokiem śmierci na kościół pw. Świętej Trójcy. W 1786 roku Prusacy usunęli wszystkie sprzęty kościelne, zniszczono ławki i ołtarze, a ogrodzenie kościoła i cmentarza spalono. W zdewastowanej świątyni urządzono magazyn zbożowy. W 1790 roku kościół został przejęty przez stacjonujący w mieście pruski batalion strzelców, którzy urządził w nim prochownię. Gmach ulegał stałej dewastacji. W 1829 roku Prusacy rozebrali pozostałości kościoła, a plac wraz z nieistniejącym już wtedy cmentarzem przekazano sąsiadującemu tartakowi jako teren do składowania drewna.

A jednak w tym samym miejscu stoi obecnie kościół pw. Świętej Trójcy. Swoje istnienie świątynia zawdzięcza usilnym staraniom, zwłaszcza ks. Ryszarda Markwarta, proboszcza parafii farnej. Fara była w XIX wieku jedynym kościołem w Bydgoszczy, gdzie odbywały się nabożeństwa dla polskich katolików.

W 1906 doszło do ugody z władzami pruskimi. Przewidywała ona budowę w naszym mieście dwóch kościołów katolickich. Jednego dla Niemców, na placu Piastowskim, fundowanego przez władze państwowe, drugiego dla Polaków, zlokalizowano na miejscu, gdzie uprzednio stał kościół pw. Świętej Trójcy, który miał zostać zbudowany z funduszy pochodzących ze składek społeczności polskiej oraz pożyczki bankowej.

Projekt świątyni dla Polaków wykonał architekt Roger Sławski. Miała być ona okazała, żeby nie odbiegać bogactwem architektonicznym od kościoła Najświętszego Serca Pana Jezusa, którego budowę dla niemieckich katolików finansował rząd pruski.

5 lipca 1910 roku miała miejsce uroczystość położenia kamienia węgielnego. Pracami kierował wyznaczony przez Sławskiego architekt Ludwig Jurkiewicz. Budowę świątyni ukończono jesienią 1912 roku. W górnej części ołtarza znajduje się płaskorzeźba pierwotnego kościoła pw. Świętej Trójcy.

18 maja 1913 roku bp Wilhelm Kloske, sufragan gnieźnieński dokonał konsekracji świątyni, która powstała w miejsce kościoła zniszczonego w 1829 roku.

Główna uroczystość z okazji stulecia konsekracji odbyła się w niedzielę, 19 maja, o godz. 12.00. Mszy św. przewodniczył ordynariusz bydgoski, ks. bp Jan Tyrawa.