A Szamosújvár egész városképét uraló monumentális Szentháromság-templom szorosan kötődik a XVII. század második felében Erdélybe települt örményekhez, ennek köszönhetően a köztudatba örmény nagytemplom, vagy örmény-katolikus székesegyház néven vonult be.
A XVII. század végén betelepült örmény lakosság a vár mellett levő Gerla falu templomát használta, majd Oxendius Verselescul (1654-1715) aladiai püspök, az erdélyi örmények vikáriusa a mai főpiac közelében püspöki kápolnát építtetett, melyet a Szentháromság-templom építésekor lebontottak. Az 1731-es vizitáció szerint a kis fatemplom főoltárán Mária mennybemenetelét ábrázoló oltárkép, északi mellékoltárán Krisztus születése, míg a délin a czestochowai Fekete Madonna másolata volt.
A Szentháromság-templom 1748-ban megkezdett építése viszonylag gyorsan haladhatott, hiszen az első misét 1759-ben tartották benne, mely arra utal, hogy az épület nagyvonalakban készen állhatott. A templom tervezője ismeretlen, azonban a formai megoldásaiból arra következtethetünk, hogy nem az erdélyi, hanem az osztrák barokk mesterkörhöz tartozó tervező volt. Az 1759-es évet követően leállt az építkezés, 1773-ig nem található azzal kapcsolatos említés az iratanyagban. 1773-ban már az újonnan épített templom renoválására van szükség, a szamosújvári tanács a tetőzet javítására Überlacher Antal kolozsvári ácsmestert szerződteti. 1780-ban a torony javítása ügyében Szamosújvárra érkező Mráz mérnök szeme láttára összeomlott a torony. A templom második építési szakasza 1782-ben kezdődött, azonban ez csak ideiglenes javításokból állott, melyet Bringer János kőműves és a már említett Überlacher Antal ács végeztek. 1783-ban Ribéri Xavér Ferenc építőmestert szerződtették a templom restaurálásának vezetésére. Nem tudni, hogy milyen mértékű javításokat végeztek ebben az építkezési szakaszban, hiszen az 1788-ban egy villámcsapás újabb károkat okozott, ezeket is helyre kellett állítani. Az építkezések befejezésére és a templom „hibáinak" kijavítására 1792-ben Jung József pesti építészt szerződtetik, akinek a templom végleges, ma is látható kialakításában nagy szerepe volt. Az ő tervei alapján valósult meg az öttengelyes, már a klasszicizmus felé hajló főhomlokzat, melyet a régi, hajlított alaprajzú, valószínűleg egytornyú barokk homlokzat alapfalainak felhasználásával készült el. A keleti kis huszártorony és az 1796-ban befejezett kripta is az ő nevéhez köthető. Az egész templom boltozatát, beleértve a sekrestye és az északi mellékkápolna roskadozó boltozatait is, lebontatta, az oldalfalakat megmagasította. A homlokzat ajtó és ablakkereteit, a hiányzó oszlopfőket is ő faragtatta, a belső kőpadozatát, a templom vakolását és meszelését elkészíttette. Lényegében a belső kialakítása az ő nevéhez köthető, mivel az előző építkezésekből csupán a sekrestye és az északi mellékkápolna, az orgonakarzat, a szentély kétoldalán levő karzatok és a belsőt tagoló korinthoszi oszlopok maradtak meg.
Az építkezés menete a pesti mester szerződtetése után is vontatottan haladt, annál is inkább, mivel a rossz alapozás miatt 1793-ban a torony ismét összeomlott. 1794-ben és 1795-ben a munkálatok leálltak, nagyobb arányú építkezés 1796 és 1798 között folyt. Az 1792 májusában Szamosújvár városa és Jung József között megkötött szerződés szerint a mesternek 32000 forintért kell befejeznie a templomot, azonban az építkezés a város által meghatározott összegnél 10062 forinttal többe került. Az eredeti szerződésben meghatározott összeg nem a valós árviszonyok szerint készült, ez rengeteg vitára adott okot a város és az építőmester között. Mindezeknek végső következménye az lett, hogy 1798-ban, mikor templom építése már a végéhez közeledett, Jung József abbahagyta a munkát. A város a felvállalt kötelezettségek be nem tartása miatt beperelte őt a pesti magisztrátus előtt, Jung pedig 27203 forint kifizetését követelte. A tíz évig húzódó pernek az építőmester 1808-as halála vetett véget. Időközben, 1800-ban a tornyot újabb villámcsapás érte, emiatt a templom felszentelésére csak 1804. június 17-én került sor. A felszentelés után egy hónappal, augusztus 4-én immár harmadszor csapott villám a toronyba, a károkat ki kellett javítani, az eltörött nagyharangot pedig újra kellett öntetni.
A templom berendezéseire vonatkozó első adatot az 1777-es vizitációban találjuk, ahol két oltár létéről tesznek említést, azonban nem nevezik meg kinek a tiszteletére szentelt oltárokról van szó. Az 1781-es vizitációban szintén két oltárról, a Szentháromság és a Rózsafüzéres Madonna oltárokról esik szó. A templomnak ekkor már két sekrestyéje volt, az északi sekrestyét kápolnaként használták, ezt a „Sacratissimi Rosarii" kápolnájaként emlegetik, melyben a már említett Rózsafüzéres Madonna oltárkép volt elhelyezve. A hajóban álló négy mellékoltár elkészítésére 1799 után kerülhetett sor, ugyanis a források szerint ebben az évben a városi gyűlésen Korbuly Kelemen esperes az összegyűlt társulatoknak bemutatja a „négy kisebb oltár rajzát", melyet azok egyhangúlag elfogadtak. A Világosító Szent Gergely oltár elkészítésére a kereskedő társulat 1500 forintot ad, ugyanennyit szentel a tímártársulat a Szűz Mária oltárának felépítésére, míg Nepomuki Szent János oltárát az örmény papok, Szent József oltárát pedig „a nép" csináltatta. Az oltárok tervét Hoffmayer Simon készítette, kivitelezésüket azonban, a mester halála után, legénye Csűrös Antal vállalta magára. Az oltárképek Bécsben készültek. Szintén Hoffmayer munkája a templom szószéke is, melyet 1798 körül fejezhetett be. A szószék domborművei bizonyosan Hoffmayer munkái, a Keresztelő Szent János lábánál álló, mára eltűnt bárányt azonban Csűrös Antal készíti, míg a szószék aranyozásával testvérét, a festő és aranyozó Csűrös Józsefet bízták meg. Szintén Csűrös Antal készíti a homlokzat Világosító Szent Gergely illetve Szent Szilveszter pápa kőszobrát és a kerítésre helyezett 12 apostol büsztjét 1803-ban. A templom leghíresebb oltárképe, az évszázadokon át Rubensnek tulajdonított Levétel a keresztről, a legenda szerint 1806-ban került Szamosújvárra. A legújabb kutatások bebizonyították, hogy a XVII. századi mű festője nem Rubens volt, hanem Joachim von Sandrart (1606-1688).
A templom egykori főoltárának architekturális felépítését és készítésének idejét több, eddig tisztázatlan kérdés övezi. Szongott Kristóf egy 1802-es iratot idézve kijelenti, hogy „a főoltárt zsibói márványból készítik az egri szent-ferenczrendi atyák templomában levő oltár mintájára". Ez azt jelenti, hogy egy baldachinos oltárral kell számolnunk, mely a XIX. század első évtizedében készülhetett el. Az, hogy a monumentális baldachinos oltár mégsem készült el a XIX. század elején abból a levélből következtethető, melyet a szamosújvári papság a Pesten tartózkodó, szamosújvári származású, „tekintetes nemes Jakabffy Gergely táblabírónak" intéz. Ebben arra kéri a címzettet, hogy a „méltóztassék a küldött minta szerint - Isten dicsőségére, városunk és nemzetünk díszére a nagy oltárt elkészíttetni.". A „küldött minta", vagyis a főoltár terve, melyen az egri ferences templom főoltárának mását láthatjuk, megtalálható a szamosújvári plébánia levéltárában. Ez a fajta baldachinos oltártípus a XIX. század közepén már divatjamúltnak számított, azonban úgy tűnik, a szamosújváriak ragaszkodtak eredeti elképzelésükhöz. Jakabffy Gergely 1842. június 8-án kelt válaszleveléből kitűnik, hogy az oltárt elkészíttette, sőt már „rendeltetése helyére" is szállíttatta, már csak a fölállítása van hátra. Ennek érdekében pesti mestereket küld, és arra kéri a városi tanácsot, hogy azok bőséges ellátásáról gondoskodjék, hiszen „mindnyája előkelő Pesti polgár és Mester". A tabernákulum-építmény faragványainak gyengébb minősége arra utalhat, hogy 1842-ben a régi tabernákulumot meghagyták és csak a föléje építendő baldachint készíttették el. A templom mellékoltárain álló szobrokkal való hasonlóságuk miatt úgy tűnik, hogy a tabernákulum szobrai szintén Csűrös Antal munkái. Az orgonát Maiwald Heinrich brassói mester készítette 1846-ban.
A templom mai kifestése az 1930-as években folyt restaurálás alkalmával készült, a falképeket Herceg Ferenc festette.
Az észak-dél tájolású Szentháromság-templom a város főterének déli oldalán helyezkedik el. A templom egy nagyméretű hajóból és félkörívvel záródó szentélyből áll, melyhez egy nagyobb és két kisebb méretű torony csatlakozik. A hajó északi és déli oldalának bejárata elé egy-egy kisméretű portikuszt építettek. A hajót nyeregtető, a szentélyt pedig félkupola fedi, a kettő találkozásához kis huszártornyot építettek.
A torony többszöri összeomlásának, az eredeti tervek és az építőmester megváltozásának köszönhetően a hajó és a főhomlokzat között elég nagy stílusbeli eltérés figyelhető meg. A nyugati homlokzat Erdélyben szokatlan öttengelyes kialakítása az egytornyú és a kéttornyú templomtípus kombinációjából született. Az íves alaprajzú nagy torony az egytornyú barokk templomokra jellemző, az erkélyekkel ellátott oldalbejáratok pedig a kéttornyú típus sajátosságai. A főtorony kiugrik a homlokzat síkjából, a központi, széles tengely egyenes falszakaszához kétoldalt egy-egy negyedkör alaprajzú falrész csatlakozik. Ezeket lépcsőfeljárónak és kápolnának alakították ki, falukat egy-egy egyszerű egyenszáródású ablak töri át, tetejükön áttört mellvédű karzat jelenik meg. A negyedkör alaprajzú helyiségeket lépcsőzetesen kialakított egyenes falszakaszok csatolják az oldaltornyok tengelyeihez, melyre jobb oldalt Világosító Szent Gergely, baloldalt pedig Szent Szilveszter pápa tömbszerű, merev, mára megcsonkult kőszobrát helyezték el. A szélső tengelyeken jobb oldalt egyeneszáródású ablakot, baloldalt pedig szintén egyeneszáródású mellékbejáratot nyitottak. Az egész földszinti részt sávos vakolás borítja. A nagyméretű főbejáratot kettős falpilléreken nyugvó egyenes szemöldökpárkány zárja le, melyre szintén áttört mellvédű karzatot helyeztek. A vékony pilléreket copfstílusú faragványok díszítik: a fejezeteken rozetta, alattuk rojtdísszel ellátott sávozott félkörív jelenik meg, alsó lezárásukat szintén rojtdíszek képezik. Az orommezőt a templom titulusára vonatkozó kronosztichonos felirat töredéke tölti ki. Említésre méltó a bejárat faajtaja, melyen a copfstílusban kedvelt füzérdísz és klasszikus elemek mellett a korai gótizálás jeleként csúcsíves díszítmények is megjelennek. A homlokzat övpárkánnyal elválasztott második szintjén levő magas talapzatra helyezett három ión fejezetű pilaszter és a fölöttük levő timpanon együttese a főhomlokzat leginkább klasszicizáló része. A falpillérek közötti mélyített falszakaszban egy egyenes szemöldökű ajtót és egy félköríves ablakot nyitottak, melynek kiemelt váll- és záróköve a fülke falán is folytatódik. Az íves kialakítású, nagyméretű faltükrökkel díszített oldaltengelyek falát egy-egy egyenszáródású nyílás töri át. Az oldaltornyok tengelyein két ión fejezetes pilaszter zár közre egy-egy egyeneszáródású ablakot. Aszimmetrikus hatást kelt a bal oldali falszakasz felső részén nyitott ablak, melynek jobb oldali párja vakablak. A második és harmadik szintet erőteljes övpárkány választja el egymástól. Ezen a szinten látható a minden oldalán félköríves nyílással áttört, barokk sisakkal lezárt két oldaltorony. A középtengelyekben egyetlen egyenesen záródó nyílás látható, az üresen maradt nagy felületeket néhány faltükör díszíti. A gyámkövekkel alátámasztott hangsúlyos párkány fölötti toronytestet a barokkban szokványos megoldások szerint alakították ki. Minden oldalán egy-egy kompozit fejezetű pilaszter között szemöldökköves, félköríves záródású ablakok jelennek meg. Fölöttük óralapok tűnnek fel, melyek fölött a koronázópárkány félkörívesen kiemelkedik. A toronysisak homorú alsó részét párkánnyal elválasztott domború rész koronázza.
A hajó háromtengelyes oldalhomlokzatait a vertikális jellegű mélyített faltükrök által keretelt nagyméretű nyílások határozzák meg. A félköríves záródású ablakok fölött az egyházi építészetben ritkábban előforduló lantablakok láthatóak. A szentély felőli tengelyeken a félköríves ablak alatt egy nagyméretű fekvő ovális ablakot is nyitottak. A homlokzatok egyetlen vízszintes tagolóeleme a lantablakok zárókövének folytatásaként megjelenő többszörösen tagolt párkány. Az oratóriumok szentély felőli oldalát egymás fölött két-két szegmensíves ablak töri át. A szentély falfelületét hatalmas faltükrök osztják három tengelyre, a két szélső tengelyben hosszú szegmensíves nyílások jelennek meg.
A belső tér a külsővel ellentétben egységes, érett barokk kialakítású. A hajó tagolását kompozit fejezetes pillérek adják, melyekhez szintén kompozit fejezetű oszlopok csatlakoznak. Ezek tartják az erőteljesen tagolt, fogrovattal és fekvő téglány alakú mélyített tükrökkel díszített párkányt, melyen a csehboltozatok nyugszanak. A kiugró pillérek illetve oszlopok által a belső tér dinamikussá válik, az így keletkezett beugrókban helyezték el a négy mellékoltárt. A nyugati karzatot két kompozit fejezetű lizénával díszített pillér tartja, földszinti három kosáríves nyílása közül a középső ívesen előreugrik. Fölöttük áttört karzatmellvéd húzódik. A karzatot lezáró boltszakaszok kiképzése nem kiforrott, a két szélső félkörív ugyanis a hajófal párkányának takarásában csonkának tűnik. A félköríves diadalívvel elválasztott szentélyt szintén csehboltozat, a szentélyzáródást pedig félkupola fedi. A szentély falát kompozit fejezetes lizénák tagolják, a főoltárkép elhelyezésére kialakított fülkét két oszlop emeli ki. A szentély kétoldalán elhelyezett oldalkarzatok szokatlan megoldásnak tűnnek, hiszen leginkább az osztrák barokk szerzetesi templomaira jellemzőek. Egy szélesebb, magasabb és annak kétoldalán elhelyezett kisebb árkáddal lezárt karzatok áttört barokkos mellvéddel rendelkeznek. Fölöttük szegmensíves, zárókővel díszített, baluszteres mellvédű, kötényrészén füzérdísszel ellátott nyílások jelennek meg. A szentély félkupola boltozatát a szentek gyűrűjében trónoló Madonnát, csehboltozatát pedig Világosító Szent Gergely megdicsőülését ábrázoló falkép díszíti.
A félköríves keretbe helyezett főoltárkép Diamanti Laccatari, macedóniai származású, Pesten élő festő alkotása. A festő szignója és az 1842-es évszám a kép jobb alsó sarkában található. A zsúfolt, biedermeier stílusú festményen az angyalokkal és puttókkal körülvett Szentháromság jelenik meg. Az Atya a szokásos módon idős, szakállas férfiként jogarral a kezében, Krisztus vörös köpenyben, lábát a földgolyón nyugtatva jelenik meg. Mindketten áldásra emelik kezüket. Krisztus mögött puttók tartják a keresztet. Fölöttük a galamb képben megjelenő Szentlélek tűnik fel. A középen kupolával lezárt nagyméretű tabernákulum-építményt zsúfolt, barokk díszítés borítja. A szentségház ajtaja ívesen előreugrik, sarkait virágdíszes pillérek hangsúlyozzák, a párkánnyal elválasztott alsó részén kehely, ostya és kereszt, fölötte pedig lángoló szív jelenik meg. A dús növényi ornamentika és rocaille-díszek mellett a tabernákulumajtó két oldalán gyámkövön álló két férfiszent, fölöttük két repülő puttó látható. A széleken volutákon térdelő angyalok tűnnek fel. A szentély nyugati oldalán a Rózsafüzéres Madonnának állítottak oltárt. A márványozott és ezüstözött felületű faoltár középmezejében kvalitásos faragású, növénydíszekkel telezsúfolt keretben elhelyezett oltárképen a felhőn ülő Szűz Máriát láthatjuk, karján a gyermek Jézussal, amint átnyújtja a rózsafüzért az előtte térdelő Szent Domonkosnak és Szienai Szent Katalinnak.
A hajóban álló négy márvány mellékoltár felépítménye majdnem teljes mértékben megegyezik egymással. Két kompozit fejezetes, alsó részén kannelúrázott oszlop konzolokkal díszített párkányt tart, melyet középen félköríves vagy háromszögű oromzat koronáz, sarkain pedig füzérdíszes urnák jelennek meg. A félköríves retablót felül virágfüzérek keretelik, a tabernákulum-ajtókon az Utolsó vacsorát megjelenítő domborművek tűnnek fel. A tabernákulum két oldalán levő volutákon primitív faragású puttók térdelnek. Az oszlopok alatti füzérdíszes tartóelemekre szobrokat helyeztek, a Szűz Mária oltárán Szent István és Szent László, Világosító Gergely oltárán Szent Nerszész és Niszibi Szent Jakab, Szent József oltárán Szent Anna és Joáchim, Nepomuki Szent János oltárán pedig Szent Márton és Szent Adalbert szobrai láthatóak. A mellékoltárok szobrainak gyenge minőségével ellentétben az oltárképek finom kidolgozású, kvalitásos munkák. A jobb oldali első mellékoltár képe az örményeket keresztény hitre térítő Világosító Szent Gergelyt ábrázolja, amint megkereszteli az előtte térdelő III. Trdat királyt. Ezen az oldalon a következő oltárkép a felhőkön térdelő Nepomuki Szent Jánost jeleníti meg, attribútumaival, a kereszttel, a feje körül levő öt csillaggal és egy angyal által tartott nyelvvel. A bal oldali első oltár festményén Szűz Mária mennybemenetele látható. A kép alsó részén a Mária ágya köré összegyűlt csodálkozó apostolok, felső részén pedig az égbe emelkedő Istenanya jelenik meg. A negyedik oltárképen Szent József halálának jelenetét festették meg.
A sekrestyével szemben levő mellékkápolnában kapott helyet a híres Levétel a keresztről oltárkép. A mozgalmas barokk kompozíció a halott Krisztus testének keresztről való levételét ábrázolja a legfontosabb követői és családtagjai jelenlétében. Az életteli, dús idomú alakok arcán mély fájdalom tükröződik. A finom tónusok, a részletek kidolgozottsága, a kifejező arcok és mozdulatok kvalitásos művé avatják az Amsterdamban élő német festő, Joachim von Sandrart művét.
A templom berendezései közül kvalitásával kiemelkedő szószék kosarát girlandok és füzérek tagolják három részre, a domborműveken a Magvető, a Jó pásztor, Az apostolok kiküldetése témák jelennek meg. A szószék ajtajára a Szentlélek eljövetelét ábrázoló domborművet helyeztek. A hangvető csúcsán Keresztelő Szent János szobra áll. Az 1795-ben készült, egységes kialakítású padokat és a szentélyben levő stallumokat minőségi copfstílusú faragás díszíti.
Az 1960-as években lebontott templomkerítés apostolszobrai az előcsarnokban és a hajó északi bejáratánál vannak elhelyezve. Szent Péter és Szent Pál szobrai embernagyságúak, míg a többi apostolnak csak büsztjét készítették el. Az egyes apostolok arca nagyon hasonló, azonosításuk csupán a büsztök posztamensein megjelenő attribútumok révén lehetséges. A keleti portikuszában található Győzedelmes Madonna-szobor kvalitásában a templom összes kőszobrát felülmúlja.
beszúr más oldalra