Nowy kościół, w stylu gotyckim zaczęto tu budować po najeździe Tatarów w 1241 roku. Kolejna przebudowa na przełomie XIV i XV wieku nadała budowli charakter bazylikowy. Jeszcze do połowy XIX wieku przed świątynią, od strony ulicy Stolarskiej, stała murowana wieża z dzwonnicą. Niestety przestała ona istnieć w połowie XIX wieku. W 1850 roku wybuchł pożar miasta, który strawił nie tylko kościelną dzwonnicę, ale także niemal całe wnętrze kościoła i sklepienie nawy, które runęło. 

Odbudowa świątyni rozpoczęła się dość szybko, jednak po jakimś czasie spowolniła, a ostatecznie część odbudowanych murów ponownie runęła. Po tym wydarzeniu w 1858 roku proces odbudowy rozpoczął się na nowo. Ostatecznie prace zakończyły się w drugiej połowie XIX wieku, a w 1884 roku odbudowaną świątynię konsekrowano. Od 1957 roku kościół posiada godność bazyliki mniejszej.

Bazylika Trójcy Świętej Ojców Dominikanów jest znana jako ośrodek kultu patrona i założyciela polskiej prowincji dominikanów oraz pierwszego w Polsce klasztoru tego zgromadzenia: świętego Jacka Odrowąża. Jego szczątki spoczywają w kaplicy ponad kościelną zakrystią (wejście schodami ponad lewą boczną nawą), w miejscu gdzie niegdyś znajdowała się klasztorna cela świętego. Do prawej bocznej nawy świątyni przylega kaplica z cudownym obrazem Matki Bożej Różańcowej. Powstał on w Rzymie i jest kopią słynnego obrazu Matki Bożej z rzymskiego kościoła Santa Maria Maggiore. Krakowski wizerunek został ukoronowany koronami papieskimi w 1921 roku. Święto Matki Bożej Różańcowej obchodzone jest 8 października, z kolei wspomnienie świętego Jacka przypada 17 sierpnia.