La fachada era de imitación renacentista, conservando solo el triangulo que simboliza la Santísima Trinidad.
La iglesia está cubierta por un artesonado mudejar que es una de las mejores obras andaluzas de carpintería, que data de la misma fecha de la fundación de la iglesia.
El año 1441 Alonso Fernández de Lugo y su mujer Catalina Martínez de Luna, fundan la iglesia y hospital de la Santa Caridad y Obras de Misericordia, fuera del recinto amurallado de la villa de Sanlúcar, a poca distancia de los jardines del palacio de los duques de Medina Sidonia, dedicándolo especialmente a pobres transeúntes que pasaban a Canarias.
Muere en Sanlúcar en 1450 Alonso Fernández de Lugo, fundador de la iglesia, hospital y cofradía de la Santísima Trinidad. Esta enterrado al pie de las gradas del altar mayor de dicha iglesia, bajo una losa azulada con su busto en relieve.
El 22 de abril de 1628, el octavo duque de Medina Sidonia, don Manuel de Guzmán, instituye el Colegio de la Santísima Trinidad en la iglesia del mismo nombre para el servicio del Santísimo Sacramento. Fue nombrado su primer rector, el licenciado Francisco Martínez Muela. Este colegio estuvo abierto hasta el año 1643 en que desapareció por falta de presupuesto.
En 1628 se erige en ayuda de parroquia la Iglesia de la Santísima Trinidad, en la Capilla y hospital de la Santa Caridad y Obras de Misericordia.
Se firma el contrato, el 4 enero de 1679, para que Juan González de Herrera realice el retablo de la iglesia de la Santísima Trinidad.
Fue fundada la Venerable Orden Tercera de los Siervos de María Santísima de los Dolores, Servitas, en el año de 1732 en la Iglesia de la Santísima Trinidad, donde aún hoy tiene establecida su residencia.
En 1753 es construido el campanario de la iglesia de la Santísima Trinidad. El campanario fue costeado a cargo del caudal de don Juan de Echevarria, y las limosnas que este pudo conseguir.