Dabei ist die Sanierungsbedürftigkeit des Gotteshauses auf den ersten Blick nicht zu erkennen. Erst die sorgfältige Untersuchung des teilweise barocken und teilweise beim Wiederaufbau nach dem Krieg entstandenen Mauerwerks erwies zahlreiche Schäden an Ziegeln, Fugen und Werksteinbauschmuck. Die Kreidekennzeichnungen der Schadenskartierung sind zum Teil noch sichtbar. Die Fassaden werden in mehreren Bauabschnitten saniert und beginnen beim Turm, der am meisten Schäden aufweist. Aufgrund der Bedeutung als Altonaer Hauptkirche, der guten Vorplanung durch das Architekturbüro und der engen Zusammenarbeit mit dem Denkmalamt ist ein gutes Ergebnis zu erwarten.

Als die Trinitatiskirche 1742/1743 nach Plänen des Architekten Cay Dose ein neues Schiff in Form eines griechischen Kreuzes erhielt, blieb der Turm des Vorgängerbaus erhalten. Für dessen Weihe ist das Jahr 1650 überliefert, der barocke Westturm entstand um das Jahr 1690. Im Zweiten Weltkrieg fiel die Kirche mit dem Häuserensemble der Altstadt, in das sie eingebettet war, den Bombenangriffen zum Opfer. Wiederaufgebaut wurde die Hauptkirche Altonas in den Jahren zwischen 1954 und 1969. Während beim Wiederaufbau die barocke Gestalt bewahrt blieb, wurde das Innere modern gestaltet. Man arbeitete die Grundform mit Hauptgesims heraus und ließ ansonsten weiße Wände und eine relative Schlichtheit den Raum dominieren. Durch die Zerstörungen des Krieges liegt die Kirche heute frei.

In der Trinitatiskirche wurde am 11. Januar 1933 von 21 Pastoren das Altonaer Bekenntnis verlesen, das sich gegen jegliche Form von politischem Extremismus aussprach. Vorausgegangen waren die gewalttätigen Ausschreitungen des Altonaer Blutsonntags zwischen Kommunisten, Nationalsozialisten und Polizei im Juli 1932 mit 18 Toten und 285 Verletzten.