L'Eglise de La Trinité de la de Vendôme est fondée en 1033 par Geoffroy Ier Martel, comte de Vendôme. La légende raconte que le comte de Vendôme vit trois étoiles tomber dans un puits, y voyant là un signe divin, Geoffroy Martel décida d'ériger à cet emplacement une abbatiale.
Très rapidement prospère, l'abbaye est fréquemment en conflit avec les comtes de Vendôme à propos de leur droits respectifs, conflit où ils eurent souvent le dessus.
Elle connut une campagne de restauration grâce à Émile Boeswillwald.
Cette abbaye fait l’objet de protections au titre des monuments historiques : un classement par la liste de 1840 concernant l'église de la Trinité, une inscription en 1948 concernant les vestiges de la chapelle Saint-Loup et un classement en 1949 concernant les façades et les toitures des bâtiments de l'ancienne abbaye, la salle capitulaire et la cour du cloître.