La segunda mitad del siglo XIX se constituyó en una de las épocas de mayor auge en la construcción y/o reconstrucción de capillas, particularmente en la zona de la ciudad conocida como Barrio Arriba, o de manera popular como "El Barrio". El templo de la Santísima Trinidad o "de las Tres Aves Marías" es uno de esos esfuerzos de reedificación, reflejo de la importancia que obtuvo esa zona durante la expansión territorial de la ciudad de León hacia esa región.
María de la Cruz Labarthe en su obra antes citada nos refiere los importantes datos históricos de este inmueble: "Hacia el norte, en la 3a. calle de Pachecos (hoy 5 de Mayo), se levantaba desde tiempos remotos la capilla del Señor de los Pachecos, que se amplió y fue dotada de una nueva fachada, bóvedas y grandes cúpulas, como también de un pequeño atrio, para convertirse en el templo de la Santísima Trinidad. Cambió de nombre porque a partir de estas fechas fue presidido por una escultura [...].
"[...] realizada en París, en la que se representa a la Trinidad, y fue bendecido en 1896. Se construyeron después sus torrecillas y los adornos de la cúpula. En él se venera también, de modo especial, a la virgen de la Asunción, en una imagen con las proporciones de un cuerpo natural." Esta representación se colocó en 1959 y ha recibido popularmente el nombre de Virgen de las Tres Aves Marías, siendo su devoción tan alta que incluso ha modificado el nombre del templo de manera extraoficial.
La nave del templo posee la forma de una larga cruz latina, estructurada por tres tramos, crucero y presbiterio; siendo la dimensión del transepto tan reducida que los brazos de la cruz son apenas un resalto en los paños de la nave central. Precede a la nave un minúsculo nártex porticado en ambos extremos, mientras que en los espacios residuales que surgen entre la cruz latina y el rectángulo que la inscribe se colocaron algunas dependencias del inmueble.
Cada uno de los tramos de la nave está cubierto por bóvedas de arista, a excepción de la cúpula que tradicionalmente se levanta sobre el crucero; este elemento posee un peraltado tambor que posee un exterior octagonal, mientras que en el intradós se percibe una sección cilíndrica. Esta pieza se compone por ocho ventanas en medio punto que se flanquean por sendas pilastras de capitel corintio; en tanto que sobre ellas se desplanta la media naranja esférica que no presenta linternilla.
La fachada principal se compone por un gran paramento ocupado en toda su superficie por la portada de cantera, formada por dos cuerpos y tres calles. El primer elemento se articula con gruesas pilastras toscanas que flanquean tres accesos en medio punto que comunican con el nártex, de los que la calle central presenta el de mayores dimensiones. El segundo cuerpo repite la composición del anterior, al tiempo que es rematado por una espadaña y dos torres de dos cuerpos sobre los extremos.
