Na místě dnešního kostela stávala už ve středověku dřevěná kaple zasvěcená Panně Marii, jejíž první písemná zmínka pochází z roku 1393. Tehdy se zde uchovávalo gotické sousoší Korunování Panny Marie, které bylo zničeno v době reformace. Jižně od kaple se nacházela poustevna, o níž se traduje, že kolem roku 1500 v ní žila zbožná řádová sestra Ludmila, dcera tehdejšího majitele panství. Když husitský hejtman Jakoubek z Vřesovic obsadil zdejší hrad a Andělskou Horu a od roku 1430 je šest let vlastnil, kaple byla nejspíš husity vypálena. Po skončení husitských válek byla obnovena a někdy před rokem 1529 zasvěcena Nejsvětější Trojici. K ní a k nedalekému léčivému prameni u staré lípy se od pradávna konaly poutě věřících; u zázračné studánky, kde nemocní hledali uzdravení, býval umístěn obraz Svaté Trojice.

Na místě starší poutní kaple nechal majitel kysibelského panství hrabě Heřman Jakub Černín vystavět v letech 1698 až 1712 nový barokní kostel podle plánů Giovanniho Battisty Alliprandiho. Poměrně dlouhá čtrnáctiletá stavba souvisela nejspíše s nedostatkem finančních prostředků. Správu kostela převzal Řád trinitářů, který však císař Josef II. zrušil roku 1783. V roce 1753 věnoval kostelu hrabě Ludwig Hartig, pán na zámku ve Stružné, skvostné varhany; téhož roku ozdobil strop svými malbami Josef Kramolín, umělec žijící tehdy v Karlových Varech. Strop původně zdobila hodnotná freska Nejsvětější Trojice jeho ruky, která byla znehodnocena přemalbou roku 1905. Ještě před rokem 1842 byl kostel přeměněn na hřbitovní.

Po druhé světové válce nastala pro stavbu temná éra. Kostel byl po celá desetiletí vystaven řádění vandalů; obzvlášť rozsáhlé škody napáchala banda opilých mladíků o Velikonocích roku 1963, po níž následovalo mnoho dalších vloupání. Inventář byl odcizen či zničen, mimo jiné unikátní barokní tabernáklový oltář od pražského sochaře Františka Preis a z kostela zbyla prakticky jen troska. Úsilím několika nadšenců se podařilo prosadit záchranu stavby. V letech 2004 až 2005 proběhla rozsáhlá rekonstrukce pod dohledem Národního památkového ústavu za finanční podpory Ministerstva kultury České republiky. Dne 8. července 2006 byl obnovený kostel slavnostně otevřen veřejnosti.

Stavba je výjimečná svým architektonickým konceptem postaveným na symbolice čísla tři. Půdorys jednolodního kostela má tvar rovnostranného trojúhelníka se zkosenými nárožími; trojúhelník tvoří i půdorys přilehlého hřbitova. V osách stran ohradní zdi byly symetricky rozmístěny tři otevřené postranní kaple, z nichž se dochovaly dvě. Trojboká sloupková zvonička je završena trojbokou jehlancovou stříškou. Stěny kostela jsou prolomeny po třech velkých oknech a členěny mohutnými pilastry vynášejícími profilovanou korunní římsu. V nárožích bývaly původně tři obdélné vchody s kamennými portály, dva z nich však byly v polovině 20. století zazděny; zachován zůstal pouze severní vchod. Při ohradní zdi hřbitova rostou památné Andělské lípy. Vnitřní prostor kostela je plochostropý, krytý fabionovým stropem.

Z uměleckého vybavení areálu stojí za zmínku cenná porcelánová malovaná náhrobní deska s námětem Kladení Krista do hrobu, dílo kysibelské porcelánky z počátku 19. století, a v kapli Olivetské hory hodnotné barokní sochy Krista a jeho apoštolů zakoupené v Tyrolsku. Rovněž studánka s léčivým pramenem mívala trojboké roubení. Dnes kostel slouží jako kulturní a společenské centrum s obřadní síní a výstavním prostorem — místo, které po staletích poutí, zkázy i obnovy opět vítá návštěvníky.