三一堂坐落于风景如画的鼓浪屿上。19世纪时，鼓浪屿人口较少，岛上一直未建教堂，仅设有供外国人使用的小型礼拜堂，直到二十世纪初，鼓浪屿才建起了新礼拜堂及福音堂两所教堂。

但随着厦门新街、竹树、厦港三堂的信徒陆续到鼓浪屿定居，如遇上恶劣气候，三堂的信徒便无法乘船到厦门，而两所教堂规模小，容纳不了这么多的信徒。于是,厦门竹树堂会友朱鸿谟在教会的一次会议上，向长执倡议在鼓浪屿设立支堂，以解决上述问题。他的提议得到大家的赞赏，新教堂的建设开始紧锣密鼓地进行。

1927年，新街、竹树、厦港三堂的长执会决定建立新教堂，他们向“厦门基督教区会”提出申请，得到审批后成立筹委会开始筹建。在各方共同努力下，宏伟壮观的新教堂终于在1934年基本落成（由于种种原因，堂内天花板的装修及屋顶八角形钟楼的工程延至1945年秋才修建完成）。1935年1月8日三堂会长执联合会在厦门基督教青年会召开，厦门区会亦派人参加，会议决定把新堂会定名为“三一堂”，三一堂既寓意三个教会联合兴建之意，更蕴含圣父、圣子、圣灵三位一体的教义。长执会还选定长老4人，执事6人(男女各半)以理会务。 

三一堂的建筑独具一格，呈十字立体式的罕见造型，四方八面排水的黄瓦屋顶上，居中矗立着八角钟楼，顶尖的十字架高耸云天。红墙装饰着流畅的三角形线条，四面敞开十二道大门、十六扇窗户极为宽大，具有通风、采光、疏散的实用特点。堂内长宽同等的十三米跨度墙体上，巧用无柱钢梁拱券的屋架，加上天花木板吊顶，显得高大堂皇又带来极其科学理想的音响效果，成为本堂建筑最具特色的一绝。无论从任何一个角度观赏，其雄伟非凡气势，都无不令人叹为观止。1992年续建牧师楼（现改为办公楼），2000年扩建教堂正门以及附属建筑并围墙栏杆等未了工程，整体工程先后共历时六十六年之久方得全部竣工。现总占地面积为2138.62㎡，总建筑面积为1368㎡。2006年被确定为第六批国家级重点文物保护单位。 

1935年5月19日，三一堂召开堂议会，投票选举牧师。德高望重的寻源中学校长卢铸英得到占选票数的93%，被确定为本堂牧师。厦门区会于6月29日召集特会，按立卢铸英为三一堂首任牧师，当时堂会正式信徒约有信徒158人。1935年7月6日，三一堂首次主日礼拜，由卢牧师亲自主持。当天约有400人参加礼拜。此后，每主日上午由卢牧师主讲，下午由教会中的热心信徒轮流讲道。此外，教会还设有主日学、习道会、长执祈祷会等。主日学安排在每主日午后二时半。设有问道班、查经班、圣诗班、罗马字识字班、圣道问答班等。习道会设于每礼拜三晚上，请慕道友，教以圣诗、圣经、圣道回答。祈祷会设于每礼拜二下午，祈祷内容为国家、社会、教会、会友的事业、福利等而祈祷。

1936年7月，全国基督教第二届查经大会在三一堂举行，由宋尚节博士带领，王宗仁、王宗诚两牧师担任翻译，每日查经二次，上下午各一次。他在一个月时间里，将整本《圣经》查考完。宋尚节在厦门的活动大大提高了厦门信徒的灵命。1946年，因卢牧师年事已高又患有胃病，很难完成堂会事务。三一堂遂聘请南靖县山城教会张翰卿牧师来协助卢牧师主持教会事工。

1949年后，三一堂加入“三自”。1958年，三一堂和福音堂、讲道堂合并。1966年文化大革命开始，教会被迫停止一切活动。三一堂被改为鼓浪屿区人民政府的“人民会堂”。 1979年9月，三一堂得到厦门市委统战部通知，获准复会，由教会向鼓浪屿区政府回收三一堂房产，并共同主持教务。  

三一堂一向以注重圣乐事奉著称，建立三一堂倡议者朱鸿模长老有音乐方面的恩赐，是位出色的男低音。他是三一堂歌颂团的首倡者，歌颂团的团长。在他带领、调教下，歌颂团始终保持组织严谨、训练有素、水平较高的特点。朱鸿模由此打下了三一堂注重圣乐事工的传统。著名音乐家许斐平年少时，也曾在三一堂司琴。改革开放以来，三一堂歌颂团继承优良的圣乐传统，圣乐事工上取得发展，曾应邀访问新加坡、马来西亚、菲律宾、香港、澳门等地，受到热烈欢迎，享誉海内外。

现三一堂有苏素娥、林亮光两位牧师，长执二十一位，信徒一千多人。目前开展的主要事工有五个团契（老年、中年、青年、少年、儿童）、两个查经班（普通话、闽南语）、两个唱诗班（歌颂团、青年诗班）、一所托老院（百合园），设有内部刊物《佳音》。本堂管理组织为长执会，下设七个事工部三十七个事工组。