In piazzetta Melozzo degli Ambrogi sorge sulle fondamenta di un più antico edificio sacro, risalente al IV o V secolo, da taluni studiosi ritenuto la prima cattedrale forlivese. L’orientamento originario dell’edificio era inverso rispetto a quello attuale, per cui l’entrata era rivolta verso l’esterno della città, fungendo da invito ai pellegrini che provenivano da fuori. L’attuale disposizione venne portata a termine nel 1782.
Dell’antica costruzione resta il campanile trecentesco, a torre quadrata in mattoni a vista, restaurato nella prima metà del XX secolo. Sino al riassetto barocco avvenuto alla fine del Settecento, la chiesa custodiva le tombe di grandi artisti forlivesi del Rinascimento, tra cui quella di Melozzo degli Ambrogi, pittore amato da Caterina Sforza, andate perdute in seguito a lavori successivi.
A sinistra dell’entrata è collocato uno scranno episcopale in marmo greco venato, risalente al V secolo dopo Cristo che si ritiene sia stata la cattedra appartenuta a San Mercuriale, primo vescovo della città.
Sull’altare della quarta cappella di sinistra, nascosta da una pala del pittore forlivese Giacomo Zampa, è stata rinvenuta parte di un affresco risalente al XV secolo. Si tratta di ciò che resta di un trittico (la pala centrale e quella di destra) raffigurante Cristo alla colonna e Santi, opera di ignoto autore.
A poca distanza dalla Chiesa della Trinità sono visibili a livello stradale, protetti da una lastra di vetro, i resti del Ponte dei Morattini. Composto di un solo arco a tutto sesto, costruito in cotto con inserzioni di marmo, il ponte più antico della città si trovava isolato rispetto agli altri sorti nell’Alto Medioevo in quanto posto sul ramo cittadino canalizzato del fiume Montone. La sera del 27 agosto 1495, il Ponte dei Morattini fu scenario dell’agguato mortale a Giacomo Feo, secondo marito di Caterina Sforza.