Trīsvienības baznīca ir viena no senākajām pareizticīgo baznīcām pilsētā Велинград. Gados osmaņu jūga turcijas varas iestādes neatļāva bulgārijas kristiešiem uzcelt dievnamus, tāpēc pirmā baznīca šajā vietā uzbūvēta tādā veidā, ka tas bija gandrīz pilnībā paslēpta zem zemes un nebija logu. Tomēr vēlāk, kad turki, kļuvuši iecietīgāka pret reliģijām bulgāriem, arvien vairāk iedzīvotāju pilsētas pieņēma lēmumu paplašināt pazemes baznīca. Iepriekš ēkā tika veikta neliela piebūve ar jumta logiem un durvīm.

XIX gadsimta sākumā велинградцы sajuta nepieciešamību uzceltu jaunu, lielu baziliku. Tā tika veidota, par pamatu vecās mūra baznīcas 1816. gadā (pie dienvidu ieejas atrodas piemiņas plāksne ar norādi uz būvniecības laiku). Saskaņā ar turku likumiem, ja baznīcā nav bijis zvanu torņa, tas parādījās tikai pēc Atbrīvošanas, 1878. gadā. Vēlāk ēkai bija arī пристроено lievenis.

Divās rindās pa četri marmora kolonnām dalīties iekšējo telpu bazilikas trīs nave. Sienas un velves baznīcas rotātas ar gleznojumiem, kas ir attēlu Jēzus Kristus, pareizticīgo svēto un ainas no Rakstiem. XX gadsimta vidū veco ikonostass ir nomainīts uz jaunu – koka, cirsts.

Iepriekšējos gados baznīca bija svarīgs garīgo un просветительским centru, tāpēc tagad viņš ir ne tikai arhitektūras, bet arī nozīmīgs kultūras piemineklis, pilsētas Велинграда.