Początki miasta Ulanowa ściśle związane są pobliską wsią Bieliny. Stanisław Uliński, cześnik przemyski i właściciel Bielin, w 1616 roku uzyskał od króla Zygmunta III Wazy przywilej miejski dla Ulanowa. Miasto rozwijało się prężnie dzięki rozbudowanemu rzemiosłu szkutniczemu oraz silnemu ośrodkowi flisackiemu. Początkowo wierni z Ulanowa uczęszczali do kościoła w Bielinach. Pierwsza świątynia w mieście powstała w w 1643 roku i była filią parafii w Bielinach. To zachowany do dzisiaj drewniany kościół pw. św. Jana Chrzciciela i św. Barbary, ufundowany przez Jana Hilarego Ulińskiego, chorążego Ziemi Halickiej, syna założyciela Ulanowa. Samodzielna parafia w Ulanowie erygowana została w 1895 roku, a obecny kształt uzyskała w 1928 roku.

Kościół pod wezwaniem Trójcy Świętej w Ulanowie wzniesiono w 1690 roku, pół kilometra od świątyni miejskiej (na cmentarzu grzebalnym), poza głównymi zabudowaniami miasta. U schyłku XIX wieku jego dzieje opisał administrujący tu kapłan: „Historya Kościoła Trójcy Przenajśw. Kościół Trójcy s.s.s. wystawiony został R.P. 1690. Konsekrowany przez Biskupa Suffr. Krak. Kunickiego R.P. 1742. Za rządów ś.p. Ks. Kazimierza Jędrzejowskiego Proboszcza B. i U. [Bielin i Ulanowa] Jędrzej na Zamościu Zamoyski Wojewoda Smoleński eryguje kapelanię szpitalną przy tymże kościółku R.P. 1743. Pierwszym kapelanem zostaje rzeczony Proboszcz zmarły w Ulanowie 1762 r. i w kościele farnym pochowany »Kapłan najprzykładniejszy«. Ostatni Ks. Wojciech Kwolkiewicz zmarły 17 czerwca 1792. Requiescant i p. Po kasacie prebendy kościół ten nabywa na własność swą Gmina katol. m. Ulanowa. Odtąd kościół ten otrzymuje świeckich prowizorów, którzy pod nadzorem i kierunkiem miejs. Duszpasterza zawiadują jego funduszami i troszczą się o całość i ozdobę domu Bożego. Na wieczną pamiątkę napisał Ks. J. G. E. U. r.P. 1898.”.

Budowa drugiej świątyni w niewielkiej miejscowości oraz ulokowanie jej na przedmieściu może sugerować, że od początku swojego istnienia pełniła ona szczególną funkcję, będąc kapelanią ubogich i chorych. Pośrednio może to potwierdzać samo wezwanie kościoła oraz tematyka umieszczonych w niej malowideł ściennych. Najbardziej eksponowane są wśród nich kompozycje figuralne na sklepieniu nawy i prezbiterium: Wskrzeszenie Łazarza oraz Śmierć św. Józefa. Nawiązują do nich tematycznie inne, umieszczone na ścianach w zachodniej części nawy: Powrót Syna Marnotrawnego, alegoryczny obraz opatrzony inskrypcją „Strzeż się czynić krzywdy sierotom i wdowom, bo Gniew Boży, nie czeka dnia sądnego” ( z Trójcą Świętą w górnej partii, na obłoku), Wypędzenie Przekupniów ze Świątyni czy św. Pustelnica Maria Egipcjanka.

Wyjątkowo oryginalną ikonografię, ukształtowaną przez lokalną tradycję, posiadają dwa duże malowidła ścienne w obszernym przedsionku, wzniesionym w połowie XVIII wieku. Po południowej stronie wejścia do nawy wizerunek św. Barbary – patronki flisaków i miasta, ukazanej na świetlistym obłoku, powyżej panoramy Ulanowa, w której czytelne są oba drewniane kościoły oraz flisacy i spławiane kłody na rzece w najbliższym planie. Na ścianie północnej św. Łukasz spisujący Ewangelię. W tle, na malarskiej sztaludze obraz Bogurodzicy Hodigitrii Częstochowskiej (ukazanej w jednej z dawnych koszulek). Według tradycji Kościoła, ten nawrócony na chrześcijaństwo Grek był nie tylko Apostołem i Ewangelistą, ale także lekarzem i malarzem. Stał się uczniem Apostoła Pawła, któremu towarzyszył w niektórych podróżach. Spotykał się również z Matką Bożą, Apostołami Piotrem i Jakubem Młodszym oraz Ewangelistami Markiem i Mateuszem. W Antiochii spisał trzecią z Ewangelii i Dzieje Apostolskie. Przekazał najpełniejsze informacje dotyczące wcielenia Syna Bożego, pierwszych lat jego życia oraz przyjścia na świat Jana Chrzciciela. Przywołał najwięcej wypowiedzianych przez Chrystusa przypowieści. Przypisuje się mu wykonanie pierwszych ikon: Chrystusa, Bogurodzicy i Apostołów. Prawdopodobnie głosił Słowo Boże w Macedonii, Grecji, Galii i Italii. Przypuszczalnie, zmarł śmiercią naturalną, chociaż niektóre przekazy podają informację o męczeństwie. Jego atrybutami są: księga lub zwój, skrzydlaty cielec – wół (jedna z Istot Żyjących Tetramorfu z wizji Proroka Ezechiela i Apokalipsy św. Jana), kałamarz i pióro, sztaluga, na której obraz Matki Bożej oraz akcesoria malarskie.

Oryginalna kompozycja przestrzenna kościoła pw. Trójcy Świętej w Ulanowie, architektoniczne ukształtowanie wnętrza (m.in. kolebkowy profil stropów nawy i prezbiterium) oraz iluzjonistyczna, figuralno-ornamentalna polichromia ścian i partii sklepiennych są interesującym przykładem dążenia twórców i kolatorów do nadania budowli drewnianej cech właściwych monumentalnej architekturze murowanej. Tendencja taka pojawiała się w dobie baroku. Jej podporządkowana była także rozbudowa świątyni w 1742 roku o masyw frontowy, równy szerokością części nawowej, z parą oryginalnych w formie wieżyc. 

Wnętrze, obok trzech chronologicznie warstw malowideł ściennych (najstarsza z zacheuszkami – krzyżami konsekracyjnymi), uposażone jest m.in. w nastawy ołtarzowe, prospekt organowy i ambonę, wykonane w okresie od końca XVII do XVIII wieku. Kościół nazywany bywa „flisackim”, ponieważ miejscowa ludność, trudniła się niegdyś spławianiem towarów Tanwią, Sanem i Wisłą. Umieszczony w głównym ołtarzu obraz Trójcy Świętej był według legendy przywieziony przez miejscowych retmanów z Gdańska.

Kościół przechodził remonty w latach 1859 – 1860 oraz 1859 – 1860 oraz 1979 –1980. W Wielki Piątek – 29 marca 2002 roku, świątynia została w dużej części strawiona przez pożar. Odbudowa i konserwacja ocalałych elementów prowadzona była w latach 2002–2005. Na belce tęczowej, na granicy sanktuarium umieszczony jest osiemnastowieczny krucyfiks, na którym celowo zachowane zostały ślady wypalenia.