Nie jest znana data założenia parafii w Jędrzejowie. Według tradycji parafia p.w. św. Katarzyny miała istnieć jeszcze przed założeniem klasztoru OO. Cystersów, w XII wieku. Tradycję tę potwierdziły wykopaliska, jakie przeprowadzono w latach 30-tych XX wieku, przekopując się przez dawny cmentarz koło św. Katarzyny, podczas budowy drogi z miasta do szpitala. Obecnie w tym miejscu stoi figurka tzw. „Na Świętego Ducha".
Znaleziono wtedy w wykopanych czaszkach, trochę srebrnych monet z XI i XII w., co potwierdzałoby tradycję iż parafia św. Katarzyny była starsza od klasztoru, jeżeli przy tym kościele, już w XI wieku dokonywano pochówków. Monety te, wraz z monetami rzymskimi znalezionymi na terenie Jędrzejowa, a świadczącymi o znacznie wcześniejszym osiedlu ludzkim znajdują się obecnie w Państwowym Muzeum im. Przypkowskich. Kościół św. Katarzyny musiał być drewniany, gdyż nie pozostało po nim żadnych śladów, poza grobami cmentarnymi, jakie go otaczały.
Nowy kościół, już p.w. Świętej Trójcy powstał w pierwszej połowie XV wieku i obejmował: obecne prezbiterium, zakrystię, nawę oraz kaplicę między zakrystią a nawą od północy. Prezbiterium i nawa były kryte płaskimi drewnianymi stropami. W roku 1479 Opat Mikołaj z Rembieszyc dobudował od strony południowej kaplicę o gotyckim sklepieniu i być może także z jego inicjatywy również prezbiterium pokryto gotyckim sklepieniem. W kaplicy tej znajduje się Krzyż z dworu w Grabiszycach, gdzie według tradycji ustnej zaczął ociekać krwią, po czym przeniesiono go do parafii jędrzejowskiej. O tym, że Krucyfiks ten uważano za cudowny już w 1670 roku świadczy wzmianka na nagrobku ks. Jana Woszczyny. Krzyż umieszczony jest na tle srebrnej, trybowanej blachy ozdobionej motywem roślinnym, u dołu kleczą postacie fundatorów z Grabiszyc oraz data 1662 rok.
Na przełomie XVI i XVII wieku kościół otrzymuje bogatą polichromię, jakiej resztki widzimy w arkadach tęczy obu ówczesnych kaplic, jak i w kaplicy południowej. W tym czasie może przez tego samego fundatora, co polichromia powstała zupełnie wyjątkowo usytuowana kaplica przy prezbiterium. Pozostałe po niej bramujące portal kolumny, wskazują na łączność z najlepszymi przykładami typowego polskiego renesansu. Niestety historia nie przekazała nam tych fundatorów, których stać było na wzniesienie kaplicy w tak niezwykłym miejscu.
W XVIII wieku bardzo źle pokryto nawę ciężkim sklepieniem i kaplice boczne zamieniono na nawy, przez dobudowanie części zachodnich. Powstała fasada zachodnia posiadała jednak oryginalny portal gotycki. W XVIII w. lub w początkach XIX zniszczeniu uległa kaplica renesansowa i kościół posiadał niezwykłe wejście przy wielkim ołtarzu w prezbiterium.
W latach 1870-1880 pod nadzorem Piotra Andrzeja Przypkowskiego wzniesiono nową kaplicę przy tymże wejściu p.w. św. Floriana i umieszczono na niej zegar słoneczny. W tym czasie dobudowano kruchtę, potem przerobiono drewnianą, krytą gontem sygnaturę na kształt obecny, kryjąc ją blachą.
W roku 1976 dokonano odbudowy części zachodniej, przesuwając równocześnie portal gotycki.
Z najnowszej historii kościoła należy wspomnieć o odnowieniu polichromii, konserwację ołtarzy a także pokrycie dachu blachą miedzianą.
