Dokładna data powstania unickiej parafii w Grodzisku nie jest znana; na pewno istniała już w 1604 roku. Nosiła wówczas wezwanie św. Michała Archanioła i znajdowała się w kolacji biskupów płockich, którzy sprawowali nad nią patronat aż do końca XVIII wieku.  Z zachowanych z początku XVIII stulecia wizytacji wiemy, że ówczesna cerkiew grodziska była zbudowana z drewna, a nad jej babińcem (przedsionkiem) otoczonym krużgankiem wznosiła się dzwonnica. Wyposażona była zarówno w ikonostas z carskimi drzwiami i żertwiennik (stół do przygotowywania darów ofiarnych), jak i trzy ołtarze oraz tabernakulum. W 1778 roku na jej miejscu stanęła kolejna świątynia, wzniesiona kosztem parafian (lub – według innych źródeł – Antoniego Załuskiego), zachowana do dzisiaj. Po koniec XVIII wieku poddano ją remontowi i prawdopodobnie powiększono o zakrystię i skarbiec. Główny ołtarz, ofiarowany parafii przez metropolitę Jazona Smogorzewskiego, został przeniesiony z warszawskiej kaplicy klasztoru bazylianów.

W 1805 roku kolacja cerkwi należała do państwa, następnie do kolejnych właścicieli Grodziska: Tomasza hr. Załuskiego, Stanisława Młockiego i Wawrzyńca Żółkowskiego, który w 1852 roku wsparł finansowo remont świątyni.

Lata 60. XIX wieku były dla parafii grodziskiej wyjątkowo trudne. Wielu jej członków, w tym proboszcz Ignacy Bukowicki, było represjonowanych przez rząd carski  z powodu odmowy przyjęcia prawosławia. Niektórzy parafianie w wyniku tych prześladowań ponieśli śmierć. W 1875 roku cerkiew w Grodzisku przekazano duchowieństwu prawosławnemu i jako świątynia prawosławna funkcjonowała do 1915 roku. W 1918 roku, po przejściu parafian na katolicyzm, zamieniono ją na kościół, a w 1919 roku ustanowiono przy niej katolicką parafię Świętej Trójcy. W 1939 roku powiększono chór muzyczny  o nadwieszony balkon, aby ustawić na nim sprowadzone z Łomży organy. W czasie II wojny światowej świątynia została lekko uszkodzona. W latach 1999-2003 przeprowadzono generalny remont, w trakcie którego wybudowano nową wieżyczkę na sygnaturkę. Efektem późniejszej rozbudowy jest też współczesny przedsionek.

XVIII-wieczna cerkiew w Grodzisku została zbudowana z drewna w konstrukcji zrębowej (wieńcowej). Składa się z prostopadłościennego korpusu nawowego, do którego dostawiony został frontowy przedsionek oraz niewielki aneks mieszczący wschodnią cześć prezbiterium. Wnętrze przykryte jest płaskim nagim stropem, wspartym na dwóch rzędach arkad. Nad wejściem mieści się chór muzyczny w formie balkonu podpartego słupami.  Po obu stronach prezbiterium znajdują się pomieszczenia pomocnicze (zakrystia i skarbiec), których wyższe kondygnacje były pierwotnie otwarte do prezbiterium prostokątnymi otworami. Obecnie otwory te zakryte są szalunkiem.

Wyposażenie kościoła stanowią trzy drewniane ołtarze datowane na koniec XVIII wieku i XX-wieczna ambona. W ołtarzu głównym znajduje się pounicki obraz Matki Bożej  z Dzieciątkiem, pochodzący prawdopodobnie z początku XVIII wieku, zasłaniany wizerunkiem Trójcy Świętej z pierwszej połowy XIX stulecia. Z XVIII wieku pochodzą również przedstawienia św. Jana Ewangelisty i św. Mikołaja Biskupa, a także przemalowany obraz św. Michała Archanioła.