Kościół pw. Trójcy Przenajświętszej, patronki zakonu, został zbudowany w latach 1703–1731 w stylu francuskiego klasycyzmu z barokowym wystrojem wnętrza. Budowniczymi kościoła byli Bernard Meretyn i Jan de Witte. Kościół trynitarzy był jedną z najznakomitszych budowli swojej epoki we Lwowie. Uroczysta konsekracja nowej świątyni miała miejsce w 1731, a dokonał jej arcybiskup Jan Skarbek. Tuż po tym mszę w kościele celebrował przebywający we Lwowie z wizytą chaldejski metropolita Babilonu.
W 1718 powołana została odrębna, polska prowincja trynitarzy pw. św. Joachima, a jej ośrodkiem był kościół i klasztor trynitarzy. W 1748 kościół i klasztor padły pastwą pożaru, a zakonnicy na czas odbudowy przenieśli się do pobliskiego klasztoru franciszkanów.
Stanisław Stroiński dekorował freskami świątynięKatarzyna Brzezina, Materiały do dziejów artystycznych kościoła Trynitarzy p. w. Trójcy Przenajświętszej we Lwowie, t. II, 1996, s. 196. [dostęp 2016-12-04]..
W momencie I rozbioru Polski w konwencie przebywało 37 zakonników: 20 kapłanów, 11 kleryków i 6 braci. W trakcie 18 redempcji trynitarze zdołali wykupić z rąk muzułmanów ponad czterystu jeńców chrześcijańskich.