Pierwszy kościół parafialny w centrum miasta został zbudowany przed 1426r. Prawdopodobnie był on budowlą drewnianą.
Gdy uległ zniszczeniu zbudowano w 1477 r. nową, murowaną świątynię w stylu gotyckim. Jednonawowa świątynia posiadała osiem ołtarzy. W ołtarzu głównym umieszczono obraz Trójcy Świętej. W takim kształcie świątynia przetrwała do 23 XI 1692 r., kiedy to została zniszczona przez pożar. Z całego kościoła ocalały jedynie fundamenty. Ze względu na brak świątyni nabożeństwa były odprawiane we wspomnianym wyżej kościele św. Wawrzyńca na cmentarzu.
Ocalałe fundamenty pozwoliły wznieść nowy kościół. Uczynili to Księża Misjonarze, którzy przybyli do Mławy w 1712 r. i pozostali w niej do kasaty zakonu, która miała miejsce w 1865 r.
W ołtarzu głównym, pomalowanym na biało, ponownie został umieszczony obraz Trójcy Świętej.
W kruchcie natomiast zostały umieszczone dwie barokowe kropielnice z początku XVIII w., które zachowały się do dzisiaj. Na mensie ołtarza usytuowano tabernakulum z bogatą barokową dekoracją (sprzed pożaru kościoła w 1692 r.) W ołtarzu głównym znajdował się również obraz św. Rocha. Obecnie obraz ten znajduje się w górnej części prawego ołtarza w nawie głównej (połowa XVIII w.). Z tego okresu jest również pozłacany krucyfiks znajdujący się obecnie w lewej nawie. Obraz Matki Bożej Różańcowej z I połowy XVIII w., wokoło którego umieszczono 25 gwiazdek (do dziś zachowało się ich tylko 13) na początku XIX w. został przeniesiony na prawą stronę kościoła. Innym ważnym elementem świątyni była i jest drewniana chrzcielnica z początku XVIII w.
Konsekracji nowej świątyni dokonał 4 VI 1713r. bp Ludwik Załuski. W pobliżu kościoła wybudowano przed 1740 rokiem dzwonnicę i kostnicę do zbierania kości z cmentarza przykościelnego, gdyż wtedy zmarłych grzebano w pobliżu świątyń.
W latach 1882 – 1886 miała miejsce rozbudowa kościoła, która doprowadziła świątynie do postaci w jakiej znajduje się obecnie. Autorem projektu był ówczesny architekt powiatu mławskiego Zygmunta Kmita. Przebudowa ta spowodowała zatracenie pierwotnego gotyckiego wyglądu budowli. Nowy styl kościoła zwykle określa się mianem "stylu toskańskiego". W czasie przebudowy zburzono boczne kaplice, obniżono nawę główną i dobudowano dwie nawy boczne. Wzniesiony został również nowy fronton z dwiema wieżami, które zakończono cebulastymi hełmami, nawiązującymi do stylu cerkiewnego. Owo zakończenie miało być znakiem władztwa Rosjan. Od strony wschodniej została pobudowana zakrystię wraz z kapitularzem. Konsekracji przebudowanej świątyni dokonał 19 IV 1885 r. bp Henryk Kossowski. Wewnątrz zbudowano nowe ołtarze, organy i ambonę. Ściany pokryto nową polichromią, wykonaną przez malarzy krakowskich pod kierunkiem Jana Aleksandra Bormana i Tadeusza Noskowskiego. Cmentarz przy kościele otoczono kamiennym parkanem z żelaznymi elementami, a przy bramie głównej zostały umieszczone dwie figury, które znajdują się do dzisiaj. Te ostatnie prace zostały wykonane w czasie duszpasterzowania ks. Stanisława Ordona, bratanka Słynnego Obrońcy Reduty.
Czarną kartą w historii parafii okazał się być wrzesień 1939 r., kiedy to odłamki bomb zrzucanych przez samoloty hitlerowskie podziurawiły dach i ściany świątyni, a z okien powypadały szyby z ramami. Dopełnieniem tych zniszczeniem były bomby zrzucone w styczniu 1945 r. przez samoloty sowieckie. Te z kolei zniszczyły ścianę południową i sam środek kościoła, przebijając dach nad nawą główną. Kronika parafialna tak opisuje skutki tego bombardowania: "Wszędzie grube warstwy kurzu, śmieci, kawałków szyb i drewna. Ani jednego okna. Drzwi powybijane, zniszczone. Sprzęty kościelne, których nie udało się ukryć, gdyż atak lotniczy nastąpił niespodziewanie, skradzione lub podarte... Tylko na środku piętrzyła się gromada różnych rupieci". Naprawę zniszczeń wojennych zakończono 1XII 1945r. dzięki ofiarnemu zaangażowaniu kapłanów i wiernych.
Po wojnie - w 1952 r. - Władysław Drapiewski z Pelplina rozpoczął malowanie kościoła. W roku 1966 wstawiono nowe metalowe okna natomiast w latach osiemdziesiątych XX w. nałożono nowe tynki zewnętrzne, wymieniono hełmy wież, wykonano pokrycie dachów blachą miedzianą oraz wymieniono część stropu nad nawą główną. W tym czasie pobudowano także nową dzwonnicę, w której zostały zawieszone cztery dzwony (św. Stanisław – 1500 kg; św. Wojciech – 500 kg; Jan Paweł II – 500 kg i św. Wojciech – 250 kg).
Obecnie w kościele znajduje się sześć ołtarzy: główny (św. Trójcy), soborowy, Matki Bożej Częstochowskiej, Matki Bożej Nieustającej Pomocy, Miłosierdzia Bożego oraz św. Krzyża.
