Pe o grandioasă stâncă meteorică, impunătoare şi abruptă, la nord-vest de Mănăstirea Sfântul Ştefan, se află Mănăstirea Sfânta Treime. În 1888 s-a cioplit un mic drumeag în stâncă, completat în 1925 cu 140 de trepte, facilitându-se accesul în mănăstire. În vechime, asemeni celorlalte mănăstiri de la Meteora, urcusul se făcea cu scara de sfoară.
Conform tradiţiei, mănăstirea a fost zidită în 18 ani, în perioada 1458-1476, de către monahul Dometios, primul colonizator şi ctitor. Într-un document al împăratului Simeon Vresus Paleologos datând din anul 1362, se menţionează existenţa Mănăstirii Sfânta Treime, cu viaţă monahală de călugări. Tradiţia spune că au fost necesari 70 de ani pentru a urca pe stâncă materialele pentru construcţie şi că abia apoi a început zidirea lăcaşului.
Mănăstirea Sfânta Treime are o biserică şi un paraclis. Biserica are formă de cruce, cu turlă joasă şi două coloane. Pictura realizată în tradiţia postbizantină, este lucrarea fraţilor preoţi pictori Antonie şi Nicolae. Pe cupolă este pictat Dumnezeu Pantocrator, iar în colţurile sferice, cei patru evanghelişti între care Sfântul Evanghelist Luca este reprezentat pictând icoana Maicii Domnului. Catapeteasma originală, sculptată în lemn, cu vechile sale icoane, a fost furată. Paraclisul Sfântul Ioan Botezătorul, de formă circulară, cu cupolă, cioplit în stâncă, înzestrat cu valoroase icoane, a fost construit şi pictat în anul 1862.
Complexul de construcţii al mănăstirii cuprinde trapeza (sala de mese), bucătăria, chiliile, sălile de recepţie, două bazine pentru colectarea apei şi alte încăperi auxiliare. La intrarea în mănăstire se află o mică bisericuţă săpată în stâncă. Pereţii au fost pictaţi de călugării Damaskinos, Arsenios şi Ionas. Muzeul de Artă Populară al mănăstirii, cuprinzând o bogată colecţie de ţesături foarte vechi, vase, unelte şi obiecte de artă populară, prezintă un interes deosebit pentru vizitatori.
De pe terasa Mănăstirii Sfânta Treime priveliştea este de neuitat. La sud-est se află Mănăstirea Sfântul Ştefan, la nord-vest Mănăstirea Varlaam şi Mănăstirea Marelui Meteor, iar la sud oraşul Kalambaka. Suprafaţa de 10.000 mp din vârful stâncii include, în afara construcţiilor sfântului lăcaş, şi puţin teren arabil.