20 maja 1579 roku biskup włocławski Stanisław Karnkowski dokonał konsekracji nowej świątyniKlause Gabriela: Kościół pw. św. Trójcy w Bydgoszczy – dzieło Rogera Sławskiego. [w.] Materiały do dziejów kultury i sztuki Bydgoszczy i regionu. zeszyt 13. Pracownia Dokumentacji i Popularyzacji Zabytków Wojewódzkiego Ośrodka Kultury w Bydgoszczy. Bydgoszcz 2008. ISSN 1427-5465.
Z wizytacji biskupiej, przeprowadzonej w 1582 r. przez Hieronima Rozdrażewskiego wynika, że kościółek był murowany od fundamentów. Miał charakter kaplicy cmentarnej, w której nie przechowywano Najświętszego Sakramentu. Odprawiano w nim jedną mszę św. w roku w święto kościoła, które przypadało w niedzielę po oktawie Bożego Ciała.
W 1596 r. kościół nie posiadał uposażenia, ani kapelana. Odprawiali w nim msze św. wotywne wikariusze kościoła parafialnego. Wnętrze było wyposażone w ołtarze z obrazami, kilimy ozdobne, antepedium, portatyl i pozostałe sprzęty kościelne. Wokół rozpościerał się ogrodzony cmentarz z kostnicą, na którym chowano przedmieszczan.
Z ustnych przekazów wynika, że w 1626 r. podczas wojny z królem szwedzkim Gustawem II Adolfem, kościół został zamieniony na zbór protestancki, a następnie spalony podczas szwedzkiego potopu.