Kościół pw. Świętej Trójcy został wzniesiony w 1477 roku w stylu późnogotyckim jako jednonawowa budowla. Kościół spłonął w 1692 roku, jego odbudowa nastąpiła w latach 1712-1713. Kolejna przebudowa miała miejsce w latach 1882-1886. Zmienił się wówczas styl budowli z późnogotyckiego na neobarokowy. W czasie II wojny światowej świątynia została zbombardowana. Po wojnie odbudowana.
Jedną z najstarszych budowli mławskich jest kościół Świętej Trójcy. Pierwsze wzmianki o nim pochodzą z 1429 roku z Mławy. W roku 1477 zbudowano gmach świątyni w stylu późnogotyckim. Była to budowla jednonawowa o dwóch kaplicach: południowej i północnej. Pierwotnie w kościele znajdowało się osiem ołtarzy: 6 w nawie głównej i 2 w kaplicach bocznych. W ołtarzu głównym umieszczony był obraz Świętej Trójcy, po prawej stronie świątyni – ołtarz z obrazem Najświętszej Marii Panny, ołtarz z obrazem świętego Stanisława oraz kaplica literacka. Po lewej stronie znajdowały się: ołtarz z obrazem św. Anny, ołtarz z obrazem św. Katarzyny, Małgorzaty i Doroty, ołtarz z obrazem św. Mikołaja oraz kaplica Sławogórskich. Warto dodać, że ołtarzami i kaplicami opiekowali się przedstawiciele cechów rzemieślniczych i bractw parafialnych.
W 1692 roku wybuchł pożar, który niemal doszczętnie strawił budynek, pozostały tylko fundamenty. W trakcie wojen ze Szwedami miasto zubożało, odbudowa świątyni odwlekła się w czasie. Wszystkie nabożeństwa odbywały się w kościele Świętego Wawrzyńca. Dopiero 4 czerwca 1713 roku kościół został ponownie konsekrowany przez biskupa płockiego Ludwika Załuskiego. Świątynia została odbudowana na pierwotnych murach, dokonali tego misjonarze św. Wincentego a Paulo, którzy przybyli do miasta w 1712 roku. Zmieniło się natomiast wnętrze kościoła, nie wszystkie ołtarze posiadały wizerunki świętych, tak jak wcześniej. W głównym ołtarzu, oprócz wizerunku Świętej Trójcy, umieszczono obraz Przemienienia Pańskiego. Zmieniono również wygląd ołtarzy bocznych.
W latach 1834-1835 ówczesny proboszcz ks. Paweł Smoliński odnowił kościół, a w roku 1836 odlano 4 nowe dzwony, które znajdowały się w oddzielnej dzwonnicy stojącej na rogu cmentarza po prawej stronie. Po śmierci księdza Smolińskiego kościół mławski przez kilkadziesiąt lat był zaniedbany, a nabożeństwa ponownie miały miejsce w kościele świętego Wawrzyńca.
Całkowitej przebudowy świątyni dokonał ksiądz Mateusz Świdwiński w latach 1882-1886. Powstały wówczas nowe ołtarze, zburzono boczne kaplice i skarbiec. Na ścianach pojawiła się nowa polichromia wykonana przez malarzy krakowskich pod kierunkiem Jana Aleksandra Bormana i Tadeusza Noskowskiego. 19 kwietnia 1885 kościół konsekrował biskup pomocniczy płocki – Henryk Kossowski.
Kościół został poważnie zniszczony w czasie II wojny światowej. Bomby uszkodziły nawy główną i boczną, dach, okna, spadły także na cmentarz. W kościele urządzono magazyn żywności oraz punkt zbiorczy dla ludności polskiej wywożonej do Niemiec.
Po wojnie świątynia została odnowiona, a w latach 1952-1954 została polichromowana przez Władysława Drapiewskiego z Pelpina. W latach osiemdziesiątych powstała też nowa dzwonnica z 4 dzwonami: św. Wojciecha, św. Stanisława, św. Wawrzynieca, Jana Pawła II.
Współcześnie kościół jest otynkowany, wznoszą się nad nim dwie wieże. We wnętrzu znajduje się 6 ołtarzy: Świętej Trójcy (główny), Matki Boskiej Częstochowskiej, soborowy, Matki Bożej Nieustającej Pomocy, Świętego Krzyża i Miłosierdzia Bożego.
Jednym z zabytków sztuki sakralnej jest XVIII-wieczna rzeźba Chrystusa Ukrzyżowanego. Znajduje się w lewym ołtarzu bocznym, a wokół niej wotywne tabliczki z blachy srebrnej, między innymi z rytym przedstawieniem Koronacji Najświętszej Marii Panny przez Trójcę Świętą i czterema postaciami fundatorów (na odwrocie data 1737 oraz inicjały AG), czy tabliczka wycięta z blachy rytej i kutej z okiem Opatrzności oraz przedstawieniem leżącej kobiety i modlącego się mężczyzny. Szczególnym zabytkiem jest też chrzcielnica z drugiej połowy XIX wieku zwieńczona rzeźbionym Chrztem Chrystusa. Uwagę zwraca obraz z XVII-XVIII wieku Matki Boskiej z Dzieciątkiem w sukience z blachy srebrnej częściowo złoconej.