Ursprungligen stod en medeltidskyrka på platsen. Den var till sina äldsta delar troligen uppförd redan innan Petrikyrkan i Ystad byggdes på 1260-talet.
Den gamla kyrkobyggnaden var helgad åt Sankt Nicolaus, sjöfararnas helgon. Den ersattes 1883 av nuvarande kyrkobyggnad, till vilken Helgo Zettervall hade gjort ritningarna. Det enda som finns kvar av den gamla kyrkan är tornet, som byggdes 1617. Resten är typiskt för Zettervall med en blandning av nyromansk och nygotisk stil. Nästan alla gamla inventarier sattes undan i samband med nybyggnaden, men flera av dessa togs fram på 1920-talet.
Altaruppsatsen från 1600-talets mitt är rikt utsirad med nattvardens instiftande som centralmotiv. Nattvardstavlan omges av två vaktande figurer; på högra sidan Johannes Döparen och på vänstra sidan Moses. Den anses tala sitt eget tysta språk om borgerskapets kamp mot den danska kungamaktens beslut att dra in Trelleborgs stadsrättigheter 1619.
Predikstolen färdigställdes under 1640-talet. Dess baldakin är numera tak över den medeltida dopfunten i kalksten tillverkad på Gotland på 1400-talet.
I koret finns 24 munkstolar från 1400-talet som används än idag. De tre kyrkklockorna är från 1500-talet.
I kyrkan finns också flera andra intressanta inventarier såsom Ehrenbuschska begravningsvapnet från 1680, Holtska epitafiet och predikstolens evangelistfigurer. Ehrenbusch vilar i ett eget gravkor tillsammans med sin maka och bror samt Trelleborgsprästen Bruzelius och hans familj.