Po odbudowie, w roku 1884, kościół konsekrowano.

Od 1957 roku kościół posiada godność bazyliki mniejszej.

19 października 2016 roku w bazylice odbyły się msza żałobna i pożegnanie z reżyserem filmowym Andrzejem Wajdą.

W styczniu 2018 roku rozpoczęła się kompleksowa renowacja wnętrza świątyni.

Wnętrze thumb|Nawa główna thumb|Ołtarz główny thumb|Chór muzyczny i organy

Dziś kościół św. Trójcy jest trójnawową gotycką świątynią ceglano-kamienną, wzniesioną w charakterystycznym dla Krakowa systemie filarowo-skarpowym, z wydłużonym prezbiterium zakończonym prostą ścianą.

W kościele, obok ołtarza głównego, pochowany jest książę Leszek Czarny, zmarły w roku 1288. W prezbiterium kościoła znajduje się też brązowa płyta wybitnego humanisty Filipa Kallimacha, zmarłego w 1496 roku, a wykonana według projektu Wita Stwosza.

Organy wybudowała w 1890 roku firma Braci Rieger z Jägerndorfu jako opus 756. Instrument posiada 30 głosów, mechaniczną trakturę gry i pneumatyczną trakturę rejestrów. Jest cennym i interesującym przykładem romantycznego budownictwa organowego, zachowując przy tym do dziś swoją pierwotną koncepcję brzmieniową.

Kaplice