En los últimos años del siglo XVI los dominicos construyen en Barbadillo del Mercado un conjunto de edificios religiosos: la casa-convento, diversas dependencias y la iglesia conventual, dedicada a la Santísima Trinidad. Un siglo y medio después, el catastro del Marques de la Ensenada refleja que estaba atendido por cinco religiosos de misa y un lego.

La iglesia del convento es de estilo renacentista. Consta de una sola nave esbelta y suficientemente iluminada, construida con buenos sillares de arenisca de las canteras de Contreras y de Pinilla de los Moros; esta nave está dividida en tres zonas, coronadas, cada una de ellas, con bóvedas de crucería y arcos terceletes de herencia gótica. Hay también un coro, en estructura de madera, dispuesto sobre la puerta de acceso y apoyado en dos columnas de piedra; finalmente, existe una sacristía adosada al lienzo exterior recto del abside que es de planta rectangular.
Documentalmente, aparece la fecha de 1597 como la del año en que se termina la construcción de este Convento Dominico, gracias a la donación de la casa que ahí poseía el vicario Bartolome Gumiel y el patronazgo que realizaron Juan Marañón Gumiel y su mujer Isabel de Salinas, personas que se encuentran inhumadas en el templo.

Desde entonces los dominicos estuvieron en Barbadillo del Mercado, dependiendo del convento de San Pablo de Burgos, del que era un lugar de retiro y reposo. Más tarde, en el siglo XIX, a causa de la desamortizacón de Mendizabal, la casa convento y la iglesia (con los retablos) son incautados y vendidos; y los dominicos abandonaron esta localidad.
La Parroquia de Barbadillo del Mercado fue adquiriendo los bienes exclaustrados.Por fin en el año 1898 se consigue restaurar esta iglesia y, el día 9 de noviembre, se abre de nuevo al culto, esta vez dedicado a la advocación de Nuestra Señora del Rosario, patrona de la localidad.

Con el paso del tiempo el convento se fue abandonando y su deterioro llego a ser casi total. Gracias a un gran esfuerzo, impulsado y alentado por la "Asociación Cultural Amigos de Barbadillo Mercado", se inicio el proceso para su restauración. Esta culmino en el año 2000 y el 13 de agosto de ese mismo año se llevo a cabo su inauguración con diversos actos.
Actualmente el templo es utilizado como sede de actos culturales promovidos por dicha Asociación.