La construction du sanctuaire débuta vers 658 autour de la relique du Précieux Sang, confiée selon la légende à la mer par Isaac, fils de Joseph d'Arimathie, et venue s'échouer miraculeusement sur les plages du pays de Caux. Elle fut l'œuvre de Waneng, comte de Caux, qui décida avec l'aide de Wandrille (Wandrille de Fontenelle, surnommé aussi Wandon est un moine né vers l'an 600 près de Verdun, mort le 22 juillet 668) et Ouen (grand fonctionnaire royal sous Clotaire II, puis évêque métropolitain de Rouen), la création à Fécamp d'un monastère de moniales, placées sous la règle de saint Benoît, et selon les textes du IXe siècle sur un des domaines de Waneng.
Avec l'aide de saint Wandrille, Waning et saint Ouen font venir Hildemarque ou Childemarque, une abbesse venue de Bordeaux, en Aquitaine où elle avait dirigé une communauté religieuse, elle vivait alors dans le diocèse de Rouen. Ce monastère est inauguré en 664, le Roi Clotaire III assiste à cette cérémonie. Après avoir eu les yeux brûlés, Leodegar, qui deviendra saint Léger, séjourne à Fécamp. La Patio Ia Leudegarii raconta qu'après le martyre de Léger, évêque d'Autun, il fut recueilli dans un établissement de moniales, identifié comme Fécamp, où il resta pendant deux ans avant d'être exécuté en 680.
En 665, la première abbatiale est dédicacée. Waneng se retira alors à l'abbaye de Fécamp, où il se mit au rang des serviteurs de la maison voulant finir là ses jours, dans l'humilité et la prière. Waneng, fondateur de l'abbaye, y fut inhumé. Après sa mort en 686, les reliques de Saint Waneng furent conservées à Fécamp. La "Vie de Saint Ouen" du début du IXe siècle mentionne l'installation à Fécamp d'une « multitude » de nonnes. Le « Libellus » fait état de 366 religieuses, mais il semble dans l'état actuel des connaissances être un chiffre exagéré comparé aux 300 moines de Fontenelle au VIIe siècle et Saint-Riquier au IXe siècle. Pépin le Bref (roi des Francs de 751 à 768) visitera l'abbaye de la Sainte-Trinité.
À partir du IXe siècle, les premiers raids vikings commencèrent, et l'bbaye de Fécamp est dévastée en mai 841. Les moniales abandonnèrent l'abbaye dans le dernier quart du IXe siècle. Ce fut pendant les incursions des Vikings que les reliques de saint Waneng furent transportées à Ham, en Picardie.
Guillaume Ier de Normandie, dit Guillaume Longue-Épée (932 – 942), fils de Rollon et de Poppa de Bayeux. Chef (jarl) des Normands de la Seine et comte de Rouen, il est considéré comme le deuxième duc de Normandie, décide la construction d'un palais à Fécamp, près de ruines, restes du premier monastère. Il reconstruit un oratoire consacré à la Trinité, inclus dans l'enceinte de sa résidence.
En 990, Richard Ier (Richard Ier de Normandie, dit Richard Sans-Peur, né a Fécamp vers 930-996, est le fils naturel du duc de Normandie Guillaume Longue-Épée et de Sprota, et le troisième duc de Normandie) accorde à l'abbaye de Fécamp les terres de Mondeville, Argences et Saint-Valery-en-Caux avec leurs dépendances ainsi que Brétennoles et Ingoville. Richard Ier fait édifier une nouvelle église de la Trinité consacrée selon Dudon de Saint-Quentin en 990, par Robert le Danois, archevêque de Rouen, et desservie par douze chanoines réguliers à la place des moniales, transférées à Montivilliers. Richard souhaita installer un monastère bénédictin et s'adressa à Maïeul, l'abbé de Cluny, l'un des plus grands réformateurs monastiques, mais compte tenu de la réputation des Normands, anciens destructeurs de monastères, ce dernier refusa catégoriquement. De la collégiale, rien ne subsiste aujourd'hui. Dudon de Saint-Quentin indique que l'église était d'une taille impressionnante et richement décorée. (Des fouilles en 1925 et 1927 ont identifié les amorces d'un mur incurvé, vestiges de l'abside de la collégiale, dans la 3e travée droite du chœur actuel et présentait la même largeur que le vaisseau central du bâtiment gothique).
En 1006, Richard II (Richard II de Normandie, né le 963-1026 dit Richard l'« Irascible » ou Richard le « Bon », est duc de Normandie de 996 à 1026), concède le tiers de la pêcherie et deux salines à Arques. En 1025, Richard II, confirme les biens donnés par Richard Ier à l'abbaye de Fécamp : les ports de mer entre Étigue et Liergaut, les dîmes des salines d'Oudalle, des pêcheries et traits de senne dans les rivières de l'Eure, la Risle et la Seine, la jouissance de tous les ports d'atterrissages entre Vattetot et Saint-Aubin-sur-Mer soit environ 60 km de côtes. C'est Richard II, qui transforme en 1001 la collégiale en abbaye bénédictine d'hommes et fait appel à sa tête Guillaume de Volpiano, réformateur italien ancien moine de Cluny et abbé depuis 990 de Saint-Bénigne de Dijon, de l'aider à rétablir une communauté monastique digne de ce nom. Peu après, Volpiano arrive à Fécamp avec une poignée de moines de Saint-Bénigne. Grâce au privilège d'exemption, abbaye de Fécamp devient un centre de réforme monastique en Normandie qui y joua un rôle comparable à celui de Cluny dans le reste du royaume de France. Guillaume de Volpiano y crée deux écoles, foyers de renaissance intellectuelle et artistique, qu'elle continua d'assurer sous l'abbatiat (1028-1079) de son neveu et successeur, Jean de Ravenne. (Il ne reste rien de cette église, néanmoins il subsiste des textes ayant survécu à la dispersion de la bibliothèque de l'abbaye de 1789).
L'Abbatiale de la Sainte-Trinité de Fécamp est le lieu de célébration en 1002 du mariage d'Æthelred II d'Angleterre avec Emma de Normandie (Æthelred le Malavisé, ou Æthelred II né vers 966 / 968 – 23 avril 1016), est roi d'Angleterre de 978 à sa mort, avec une interruption de quelques mois entre la fin de 1013 et le début de 1014), et du remariage de Emma de Normandie en 1017 avec Knut II de Danemark.
Guillaume le Conquérant, (appelé également Guillaume le Bâtard ou Guillaume de Normandie, est né à Falaise en 1027 ou 1028 et mort à Rouen le 9 septembre 1087. Il fut duc de Normandie, sous le nom de Guillaume II, de 1035 à sa mort, et roi d'Angleterre, sous le nom de Guillaume Ier, de 1066 à sa mort), confirme la pleine propriété de l'abbaye de Fécamp sur tous les ports de mer situés sur son fief ce qui explique l'institution de la « Vicomté de la mer » de la Trinité de Fécamp avec les port de Fécamp, Saint-Valery-en-Caux, Veules, Veulettes-sur-Mer, Saint-Pierre-en-Port, Grandes et Petites Dalles, Yport. Elle possède aussi les droits de varech sur les baronnies de Fécamp et Vittefleur. La Vicomté de la mer assure la défense côtière dès l'origine avec une abbaye fortifiée et sa vocation militaire se poursuit pendant des siècles avec l'obligation de fournir une milice. À Pâques de l'année 1066, le duc de Normandie Guillaume le Bâtard installe sa cour à Fécamp après que l'abbé de Fécamp a financé la conquête de l'Angleterre par Guillaume.
Guillaume de Rots, troisième abbé de Fécamp lance entre 1087 et 1099 la reconstruction de l'abbatiale de Fécamp. Il détruit le chœur selon Orderic Vital et l'agrandit en largeur et en longueur et développe la nef. Le déambulatoire ouvrait sur cinq chapelles, alternativement quadrangulaires et semi-circulaire. Il en subsiste aujourd'hui les deux chapelles nord et les deux niveaux inférieurs de l'élévation au nord de la 3e travée droite du chœur. L'élévation du chevet avait trois niveaux : les grandes arcades, la tribune et les fenêtres hautes avec une coursière. L'agrandissement de la nef a dû causer la destruction du massif occidental. Elle est consacrée en 1099 pour les uns, en 1106 pour les autres. C'est en 1099 que les corps des ducs Richard sont transférés de sous les gouttières du portail occidental à proximité du grand autel. L'abbatiale est détruite par un incendie en 1168, mais le chevet roman est préservé.
Une nouvelle église gothique fut alors construite par l'abbé Henri de Sully puis Raoul d'Argences. À la mort d'Henri de Sully en 1187, le projet d'une nef à cinq travées devait être en cours d'achèvement. Raoul d'Argences double le nombre de travées mais ne voit pas son achèvement. Un document attribue la façade à tours et les cinq travées adjacentes à Raoul d'Argences. La dendrochronologie a daté la charpente de la partie occidentale de la nef en 1227/1228. Elle est achevée au XIIIe siècle. Gilles de Duremont, abbé en 1423, et son sous-prieur claustral Jean de Bouesgue sont signalés comme juges pour la condamnation de Jeanne d'Arc.
Antoine Bohier, abbé de Fl'abbaye de Fécamp de 1505 à 1519, découvre l’Italie aux côtés du roi Louis XII. À son retour, il entreprend l’un des premiers chantiers de la Renaissance en France : clôtures de pierre fermant les chapelles du déambulatoire, maître-autel en marbre blanc du choeur et tabernacle du Précieux Sang.
Il est une année importante dans l'histoire des abbayes françaises, celle de 1516. Cette année-là, François Ier et le pape Léon X signent le Concordat de Bologne : le système de la commende est mis en place. Évêques et «patrons» des abbayes sont choisis par le roi. Les abbés cessent d'être élus par les moines et ne résident quasiment plus dans leur abbaye. Les postes sont attribués à titre de gratification à des clercs ou des laïcs, toujours des nobles, parfois des enfants. Bien sûr, ce qui intéresse, ce sont les gros revenus qui vont avec, appelés la mense abbatiale. N'étant pas sur place, ces abbés négligent l'entretien de l'abbaye, qui souvent se dégrade. Dans les faits, c'est un prieur qui dirige le monastère avec comme moyens financiers, la mense conventuelle.
Jusqu'en 1519, Abbaye de Fécamp eut de la chance. L'abbé Antoine Bohier, grand mécène, homme d'Église, magistrat et diplomate, y introduit la Renaissance italienne, d'où les clôtures sculptées des chapelles rayonnantes. Bohier, abbé de 1505 à 1519, est aussi l'un des plus riches et des plus illustres prélats de France en ce début de XVIe siècle. Les guerres de Religion sont une période de décadence pour l'abbaye. En 1562, les Protestants attaquent les églises de la ville. L'abbaye est menacée, les religieux s'arment et se postent en sentinelles sur les remparts. Fécamp change plusieurs de mains (ligueurs, troupes d'Henri IV). Parmi les moines, l'observance de la règle se relâche ; eux-mêmes sont souvent dépravés. L'abbaye commence le XVIIe siècle dans un état pitoyable : au manque de foi s'ajoutent la ruine du portail gothique occidental et la disparition des objets du trésor. Confiés aux moines et à leur famille pour éviter les rapines de ces temps troublés, aucun n'est revenu !
Henri II de Lorraine-Guise est nommé abbé Abbaye de Fécamp à l'âge de trois ans, en 1617. De 1669 à 1672, c'est le roi exilé Jean Casimir de Pologne qui occupe la charge. Tout va changer avec l'arrivée des mauristes en 1649, à la demande de l'abbé Henri de Bourbon-Verneuil, fils du roi Henri IV et évêque de Metz. Henri a estimé, avec l'accord du roi et du Saint-Siège que le moyen le plus efficace est de l'unir et l'agréger à la Congrégation de Saint-Maur, de la mettre sous la conduite des Chapitres Généraux et de visiteurs élus. Il n'y a pas de changement de la dignité et des droits abbatiaux, les charges restent à leurs possesseurs jusqu'à leur décès, puis sont unis à la mense conventuelle, soit la partie des revenus appartenant aux religieux, les lieux restent entre les mains des moines.
La réforme mauriste entraîne un redressement de la vie régulière, des constructions et réparations suivant les principes mauristes des bâtiments conventuels comme le montrent les deux gravures du Monasticon Gallicanum de 1687. Ces réformateurs zélés font respecter la règle et restaurent enfin le niveau spirituel (et matériel) de l'abbaye qui peut briller d'une nouvelle renommée.
Aucun Fécampois ne se plaignait de l'abbaye de Fécamp en 1789. Les moines, assurant un rôle social essentiel, distribuaient aux indigents pains et vêtements tous les jours. Un mémoire en informe même l'Assemblée nationale. Pourtant la situation va se dégrader. En automne 1789, les députés votent la suspension du recrutement monastique, menaçant l'avenir des abbayes. Le 2 novembre 1789, c'est la nationalisation des biens du clergé. Les moines ne peuvent plus utiliser librement leurs revenus. Leurs œuvres pieuses sont en danger. La municipalité s'inquiète.
Le coup de grâce survient le 13 février 1790 : les ordres contemplatifs sont supprimés. Le 2 novembre 1790, l'Assemblée Nationale déclare acquis à la Nation tous les biens du clergé. Ordre est donné aux moines de quitter le monastère, qui sera vendu pour renflouer les caisses. Les religieux ont deux possibilités : rejoindre l'abbaye de Jumièges, la seule encore ouverte dans le département, ou abandonner la vie monastique. Certains, pressés par une Administration impatiente, quitteront en effet la vie monacale, mais, sur les vingt-deux moines alors présents, on ne sait pas exactement combien.
Le 11 janvier 1791, à l'hôtel de ville de Fécamp, devant le corps municipal et le maire comparaissent les religieux de l'abbaye de la Trinité de Fécamp. Le prieur, le sous-prieur, le doyen se retirent dans leur famille, un religieux de 78 ans est sénile, le maître de musique rejoint sa congrégation comme trois religieux qui préfèrent la vie commune, quatre autres se retirent suivant leurs déclarations au District, six déclarent renoncer à la vie commune et le cellérier se retirera s'il en est forcé. Le 27 mai 1791, les églises de Fécamp sont supprimées sauf l'église Saint-Étienne et l'abbatiale qui prend le nom d'église de la Trinité et à laquelle on adjoint huit paroisses. Un ex-bénédictin ayant fait le serment à la Constitution en est nommé curé.
Le 14 juin 1791, les révolutionnaires passent à la pratique : l'abbaye de Fécamp est fermée, les moines sont dispersés. Un inventaire de la bibliothèque où on trouve 4 880 volumes plus des brochures et des journaux ainsi que deux mappemondes et des statues, est fait. Les livres et manuscrits sont transportés au District pour être partagés entre différentes bibliothèques, mais, ils n'y parviennent pas tous car bon nombre d'habitants se sont servis.
En mars 1792, les bâtiments sont vendus. Le 22 mars 1792, la ville de Fécamp achète le logis abbatial pour y établir le bureau municipal. Il sera démoli en 1857. Entre-temps, le visage religieux de Fécamp a été remodelé. La ville n'a plus que deux paroisses : la Trinité et Saint-Étienne. La Révolution a donc transformé l'abbatiale en église paroissiale. L'offensive révolutionnaire contre le catholicisme s'accroît : la Trinité sert au culte de la déesse Raison. La statue de sainte Suzanne, achetée au début du XVIe siècle par l'abbé Bohier, est choisie pour symboliser la déesse.
Le 20 septembre 1792, les bâtiments claustraux sont vendus pour 21 000 livres au citoyen Leplay. Le 11 décembre 1792, l'église est transformée en Temple de la Raison où a lieu la fête de la raison. Il ne reste plus que la chœur pour l'exercice du culte. Ultime coup révolutionnaire : en mars 1794, sous la Terreur, le conseil municipal décide de fermer les églises de Fécamp et de supprimer le culte catholique. L'abbé Le Tellier, curé constitutionnel, est jeté en prison. L'ancienne abbatiale sert d'abord de salle de réunion aux révolutionnaires de la ville, puis de caserne à un bataillon de soldats de Beauvais qui la saccagent. Les clôtures Renaissance des chapelles et les statues du jubé en sortent mutilées. Bien sûr, l'orfèvrerie du culte a disparu et quatre cloches sur les cinq ont été fondues.
Le 1er germinal an II (21 mars 1794), le culte catholique est supprimé, il y a beaucoup de destructions, statues, cloches, chaire, croix de pierre et de métal, les grilles de fer sont démontées, le jubé qui cache le chœur est démoli. En juin 1795, le culte catholique est rétabli. L'abbé Le Tellier, jeté en prison un an plus tôt, est libéré et reprend l'exercice du culte à la Trinité. Il poursuit sa tâche jusqu'au Concordat de 1802 qui réorganisera l'Église de France. En 1802, le régime concordataire français est mis en exécution et l'archevêque de Rouen nomme le curé de l'église de la Trinité de Fécamp.
Au milieu du XVIIIe siècle, l’abbé Claude François Montboissier de Canillac réédifie la façade de l’église et décide de décorer le choeur au goût du jour. Le somptueux baldaquin de bois doré, de style « rocaille », réalisé par Defrance, repose sur des pilastres de marbre qui cherchent à effacer les piliers gothiques. En 1803, le curé Adam de Valville veut démolir le jubé du XVe et XVIe siècles pour libérer la vue sur le chœur et devant le refus du conseil de fabrique et de la paroisse le fait détruire nuitamment par un entrepreneur. En 1840, l'abbatiale est inscrite sur la première liste des monuments historiques protégés et une première phase de restauration commence, puis une autre en 1890. Entre les deux guerres mondiales, les restaurations de l'extérieur des bâtiments continuent et le don d'un million de francs de la marquise de Vaucouleurs leur donnent un nouvel élan. En 1960, un vote est organisé pour savoir si la façade datant du XVIIIe siècle doit être détruite pour mettre au jour la façade du XIIIe siècle.
En 2007, un grand projet de restauration commence qui durera trois ans. La même année voit une grave dégradation sur le tabernacle abritant le Précieux-Sang, la tête de la Vierge présente sur l'acrotère droit étant brisée. Dans la nuit du 1er au 2 juin 2022, des malfaiteurs pénètrent dans l'abbatiale, et subtilisent une partie du trésor conservé dans un meuble de la sacristie, dont le reliquaire du Précieux Sang. Cette relique découverte le 19 juillet 1170, renfermerait le sang de Jésus Christ, collecté par Nicodème. Retrouvés au Pays-Bas en juillet 2022, le reliquaire et les autres objets dérobés ont fait leur retour dans l'abbatiale à la suite d'une cérémonie en septembre 2023.
Aujourd'hui, Fécamp possède un charme naturel sans pareil. Si l’Abbatiale de la Sainte-Trinité rappelle que Fécamp fut la capitale du duché de Normandie, d’autres bâtiments remémorent des souvenirs plus récents : le port et la pêche morutière à Terre-Neuve, le Cap Fagnet et le Mur de l’Atlantique… Ville d'Art et d'Histoire, cette ancienne cité des ducs de Normandie vous offre un très beau patrimoine naturel et architectural.