El convento fue fundado en el año 1562. Se sabe con certeza que en esta fecha se concedió el terreno a los trinitarios y se supone que se empezó a construir el convento. Tambien hay constancia de que hasta el año 1592 los monjes tomaron posesion del convento pero debían residir en él con anterioridad.

El fundador fue el rey Felipe II quien eligió el solar personalmente del mismo modo que ayudó en los diseños del edificio.

La iglesia comenzó a construirse en 1590 y el arquitecto encargado fue Gaspar Ordóñez. La fachada principal del templo así como de la casa conventual daban a la calle Atocha.

De este convento salían los monjes trinitarios que fueron a Argel a cumplir la función de redención de cautivos. Es el caso de Fray Juan Gil, quien salío de Madrid en 1580 para rescatar al grupo de cautivos entre los que se encontraba Miguel de Cervantes Saavedra.

Durante la Guerra de Independencia, con la invasión napoleónica, el convento fue exclaustrado y utilizado como sede de la Real Biblióteca Pública o Real Libreria que sería el antecedente de la futura Biblioteca Nacional.

Con Fernando VII se devolvió el convento a los monjes trinitarios que lo ocuparían poco tiempo ya que, con las medidas de exclaustración de Mendizabal, el convento fue definitivamente abandonado en 1836.

A partir de la exclaustración el edifició sirvió para numerosos usos. En 1838 se dividió el espacio en dos, la iglesia, que mantuvo el culto, y el convento, que pasaría a convertirse en la sede del Instituto Español.

En 1847 la iglesia cerró al culto definitivamente y se acondicionó como Sala de Exposiciones de Pintura de la Real Academia de San Fernando. Se utilizaron estas instalaciones para comenzar a almacenar en la capital las pinturas y esculturas que se habían expropiado a los numeros conventos y monasterios que se habían visto afectados por los decretos de Mendizabal.

El espacio no reunía las condiciones ni el espacio necesario para custodiar estas obras por lo que, finalmente, se decició su traslado al Museo del Prado, ya considerado como museo nacional.

Abandonada la función de depósito de obras de arte, el antiguo convento recibió a los funcionarios de los Ministerios o Departamentos de Comercio, Industria y Obras Públicas. Se trató de restaurar el edificio que ya se encontraba en estado de semiruina para darle el uso de oficinas que ya en 1856 pasarian a ser la sede oficial del Ministerio de Fomento.

Esta se trasladaría a la actual Glorieta de Atocha de Madrid por lo que el antiguo convento de trinitarios quedó abandonado.

Ya en 1897 se demolió el edificio para abrir la calle del Doctor Cortezo que atraviesa por el centro lo que fuera el solar del convento.

Se construirían además edificios de viviendas o el antiguo Teatro Odeon de 1917 que aún existe como Teatro Calderón.

Tambien en el solar del antiguo convento, frente al teatro, se levanto un cine que tambien existe en la actualidad.

Junto al cine se conserva una pequeña capilla original del convento que es ahora un comedor social gestionado por una fundación privada.