Placée à l'intérieur des remparts lors de la fortification de la cité bâtie par Philippe le Bel en 1300, l'église de la Sainte-Trinité subit néanmoins des nombreuses destructions, notamment pendant la guerre de Cent Ans. Projeté en 1412, la reconstruction est suspendue à cause du siège de 1418 et la disette qui suit pour reprendre en 1423 sous domination anglaise avec le clocher en bâtière à la croisée du transept, le chœur, avec ses fenêtres de style Tudor, et son pavage provenant de Caen5, ainsi que les chapelles seront construits en 1428. La nef ne sera reconstruite qu'à partir de 1450, après le départ des Anglais ; Jehan Go, curé gallois qui en avait la charge depuis 1443, transmet la cure au prêtre français Gilles Herman. Achevée entre 1450 et 1466, elle est consacrée le 24 mai de cette année-là, par Jean Tustot, curé de Cherbourg et official de Valognes.
En 1473, on inhume dans le chœur de la basilique Sainte-Trinité, Pierre Turpin, évêque d'Évreux, mort à Cherbourg lors d'une visite. Son épitaphe y était encore plus de deux siècles après. La réalisation d'une tour et d'un portail débute en 1531, mais les fidèles doivent donner l'argent prévu à François Ier pour le rachat de ses fils, livrés par le traité de Madrid, justifiant la visite royale l'année suivante. Jamais achevée, l'église est complétée au grès des siècles « sans caractère ni style », à l'image de la chapelle du Saint-Sacrement, contruite au XVIIIe siècle comme une excroissance sans motif. La nef de l'église est pavée en 1753.
Fermée durant la Révolution, suite aux dégradations occasionnées le 19 janvier 1794, rendue au culte en 1803, l'église de la Sainte-Trinité, alors dans un état déplorable, fait l'objet au cours du XIXe siècle d'importantes campagnes de restauration qui modifient de façon substantielle son architecture extérieure et intérieure. L'édifice est profondément restauré et consolidé, sous l'égide de l'architecte de la ville, Dominique Geufroy. On adjoint à l'église en 1828 une tour carrée de vingt-six mètres de haut, sur le portail occidental, qui est probablement le premier ouvrage néo-gothique en France. L'ensemble est consolidé, et l'arcade de l'ancien portail est rebâti. D'autres églises paroissiales sont érigées à Cherbourg : Notre-Dame du Roule, Notre-Dame du Vœu, Saint-Clément.
En décembre 1921, le pape Benoît XV élève l'église au rang de basilique mineure. Faites-en le tour avant d’y pénétrer, la basilique Sainte-Trinité est un chef d’œuvre d’architecture gothique. L'église de la Trinité est un édifice en forme de croix latine, orienté à l'est. Le batiment est 46 mètres de long et 28 mètres de large, avec trois nefs et quatre grandes chapelles latérales. La tour, construite dans la première moitié du XIXe siècle, est plus de 20 mètres de haut. On pénètre dans l'église, avec ses nombreux pinacles, par une tour-porche édifiée en 1828, puis le porche roman du xie ou xiie siècle qui avec la structure intérieure de la tour centrale romane, sont les parties les plus anciennes
Une fois à l’intérieur de la basilique Sainte-Trinité, admirez les bas-reliefs de la nef, notamment une danse macabre représentant les ravages de la grande peste, dont Cherbourg fût victime. Elle abrite également des panneaux sculptés représentant des scènes de la vie du Christ, vous pouvez voir des peintures telles que "La visite des Saintes Femmes au tombeau de Jésus" par le peintre flamand Crayer Gaspard (1582-1669), et "l'Adoration des bergers" de Philippe de La Hire (1640-1718).
La basilique Sainte-Trinité possède également un riche mobilier cultuel, dont un maître-autel de 1809, , des albâtres du XVe siècle qui proviennent de Nottingham, une chaire en bois sculptée de Pierre Fréret (1767) et un retable sculpté par Armand Fréret (1814), des fonts baptismaux du XIVe siècle, ainsi que les grandes orgues de Cavaillé-Coll. Son orgue vaut aussi le coup d’œil. Après la basilique vous pouvez vous diriger loin du port pour explorer le centre historique piétonnier de Cherbourg, qui comprend les salles de marché et quelques bâtiments en pierre imposants.