Nach nur wenigen Monaten Bauzeit fand am Dreifaltigkeitssonntag 1929 die Konsekration der Kirche Heilige Dreifaltigkeit im Poll statt. So mussten die Pfarrangehörigen in der neuen Siedlung an der Siegburger Straße nicht mehr den weiten Weg zur Pfarrkirche St. Joseph zurücklegen, um Gottesdienst zu feiern. Zum 1. Februar 1933 wurde die selbständige Pfarrgemeinde Heilige Dreifaltigkeit gegründet (damals noch unter dem Namen St. Dreifaltigkeit). 

Das ursprüngliche Kirchengebäude fiel im zweiten Weltkrieg den Bomben zum Opfer. Mit Pfarrer Milde wurde im Jahre 1950 der Wiederaufbau begonnen. Für den Bau wurde damals vom Gesamtverband der katholischen Kirchengemeinden der Stadt Köln ein Betrag von 50.000 DM zur Verfügung gestellt. Über die Jahre wurden immer neue Kunstwerke für den Kirchraum geschaffen. Im Jahre 1968 wurde es notwendig den damaligen an die Kirche angrenzenden Kirchturm durch den heutigen freistehenden Kirchturm zu ersetzen. 

Das heute noch erhaltene Kirchengebäude basiert auf Plänen der Architekten Karl Band, Hans Schilling und Ludwig Roszyk. Ein Novum der damaligen Zeit war die Ausrichtung des Altars für eine Zelebration zum Volk hin. Erst mit der Liturgiereform des zweiten vatikanischen Konzil erhielt diese Konzeption eine Legitimation. Die zahlreichen Kunstwerke der Kirche wurden von den Bildhauern Toni Zenz, Walter Prinz und Karl-Heinz Felinger und den Glasmalern Herbert Bienhaus und Wilhelm Schmitz-Steinbringer geschaffen.

Seit dem 15. Oktober 1990 wurden die Kirchengemeinden Hl. Dreifaltigkeit und St. Joseph von einem gemeinsamen Pfarrer geleitet. Am 1. Juni 2006 fusionierten die beiden Kirchengemeinden zu der katholischen Kirchengemeinde St. Joseph und Hl. Dreifaltigkeit.