Die Kirche wurde 1260 erstmals anlässlich einer Stiftung von Konrad und Elisabeth von Frankenstein urkundlich erwähnt, vermutlich ist sie wesentlich älter.
Dreifaltigkeitskirche heißt sie seit 1958, ursprünglich war sie dem hl. Laurentius geweiht.
1523 wurde an die Kirche ein dreigeschossiger, 26 Meter hoher Turm angefügt, was die Jahreszahl im Schlussstein des Turmgewölbes belegt. Seine heutige Form und die Höhe von 36 Metern erhielt der Turm 1851.
Beim Umbau 1604 wurde die Kirche nach Norden verbreitert und erhielt dort zwei Eingänge. Von 1604 stammen auch die flache Balkendecke und das hohe, steile Satteldach.
1912 wurde das Kirchenschiff nach Plänen von Friedrich Pützer nach Süden und Osten und um eine Chornische erweitert. Sie erhielt zudem zwei überdachte Eingänge auf der Südseite und vor dem Portal eine Vorhalle. Die farbenfrohe, am Jugendstil orientierte Innengestaltung musste bei der Renovierung 1961 einem schlichten Interieur weichen.
Bis zur Anlage des Friedhofs 1837/38 fanden die Eberstädterinnen und Eberstädter ihre letzte Ruhe auf dem Friedhof um die Kirche. Mehr als 400 Jahre war die Kirche Grablege der Herren von Frankenstein – übrig blieb das Grabmal Johanns I. von 1401.
