L'intitolazione alla SS. Trinità si deve alla Confraternita omonima che ivi si costituì nel 1581. Fondata dai monaci Benedettini del monastero dei Santi Ruffino e Vitale nel corso dell'XI secolo, in un documento viene citata come "sita all'interno del Castrum Agelli", e inclusa nei possedimenti dei Conti Giberti. In seguito viene venduta da questi ultimi al Comune con un atto nella data del 14 giugno del 1265.
Tra il 1606 e il 1608 il pittore locale Muzio Vannucci realizza degli affreschi negli altari ai lati dell'ingresso, mentre tra il 1660 e il 1680 gli interni furono sottoposti a lavori di restauro e conseguente ammodernamento in stile barocco, (l'altare maggiore in legno dorato fu opera del mastro intagliatore amandolese Simone Benattendi).
Vi era anche un organo a quindici registri di cui purtroppo resta solo la cornice in legno intagliato dell'importante artista Gaetano Callido (menzionato nel 1808).