W 1551 roku zbudowano i poświęcono kaplicę drewnianą pod wezwaniem Trójcy Przenajświętszej. Pierwotny kościół w Chełmie w XVII wieku był drewniany i posiadał trzy ołtarze. W środku znajdował się obraz Ukrzyżowanego. Kościół miał jedną wieżę z dzwonem, a w 1619 roku miał dzwonnicę, w której znajdowały się dwa dzwony i sygnaturka. Pod koniec XVII wieku istniejącą kaplicę zastąpiono kościołem murowanym, który powstał dzięki fundacji biskupa Jana Małachowskiego ustanowionej w 1686 roku.

Gruntowny remont kościoła przeprowadzono w latach 1766-1767. Na przełomie XVIII i XIX wieku, obok kościoła powstał cmentarz parafialny z kaplicą p.w. św. Piotra. W 1883 roku proboszcz Franciszek Gach podjął się kolejnej rozbudowy kościoła. W zachodniej części kościoła do nawy dobudowano murowany transept, a do niego kruchtę, nad którą pomieszczono chór muzyczny, gdzie postawiono nowe organy. Prace przy pierwszej rozbudowie kościoła trwały aż do 1887 roku.

Rozbudowa zmieniła kościół z budowli na rzucie prostokąta, w budowlę mającą rzut krzyża podłużnego, łacińskiego. Od 1966 roku kościół w Chełmie Śląskim został wpisany do rejestru zabytków województwa katowickiego, jego opis znajduje się także w Katalogu Zabytków Sztuki w Polsce.