Comme c’est le cas dans beaucoup de légendes monastiques, la légende de la fondation de l’abbaye de Fécamp comporte, elle aussi, un épisode dans lequel intervient miraculeusement un grand cerf.
Suivant la chronique de l’abbaye de Fécamp, le territoire de cette ville, encore au berceau, fut donné à un comte de race tudesque, nommé Anskise ou Anségise ; cet étranger, qui était gouverneur du pays de Caux, faisait ordinairement sa résidence à Fécamp, ce qui porte à croire que cette ville, toute gallo-franke, avait succédé à la suprématie de Juliobonna, la romaine.
Anségise ayant découvert, en chassant dans les bois de Fécamp, l’humble oratoire élevé par le Romain, prit la résolution de le remplacer par un édifice plus digne du culte auquel il était destiné. Jusqu’ici, rien de plus naturel ; mais les légendes racontent que ce lieu lui fut indiqué par un cerf blanc, poursuivi par ses chiens, lequel s’arrêta près de cette chapelle, fit face aux chasseurs, sans que ceux-ci, ni leurs chiens, pussent s’en approcher.
Elles ajoutent qu’Anségise, surpris de cette nouveauté, mit pied à terre pour étudier les mouvements du cerf, et que cet animal ayant fait à petits pas un cercle autour du lieu où il s’était arrêté, comme pour tracer les fondements d’un édifice, disparut aussitôt à tous les yeux.

L'abbaye de la Trinité de Fécamp se trouve dans la valleuse de la Valmont, au cœur du Pays de Caux, sur la côte d'Albâtre.
L'abbaye de Fécamp est née durant la grande vague d'implantations monastiques en Normandie qui émaillent le VIIe siècle. Elle s'inscrirait comme une riposte à l'évangélisation des environs par des personnes venues de l'extérieur : Picardie, Île-de-France, Bretagne.
La construction du sanctuaire débuta vers 658 autour de la relique du Précieux Sang, confiée selon la légende à la mer par Isaac, fils de Joseph d'Arimathie, et venue s'échouer miraculeusement sur les plages du pays de Caux. Elle fut l'œuvre de Waneng, comte de Caux, qui décida avec l'aide de Wandrille et Ouen la création à Fécamp d'un monastère de moniales, placées sous la règle de Saint-Benoît, et selon les textes du IXe siècle sur un des domaines de Waneng. En 665, la première abbatiale est dédicacée. Hildemarque du Bordelais est la première abbesse.
La Patio Ia Leudegarii raconta qu'après le martyre de Léger, évêque d'Autun, il fut recueilli dans un établissement de moniales, identifié comme Fécamp, où il resta pendant deux ans avant d'être exécuté en 680. Waneng, fondateur de l'abbaye, y fut inhumé.
La « Vie de Saint Ouen » du début du IXe siècle mentionne l'installation à Fécamp d'une « multitude » de nonnes. Le « Libellus » fait état de 366 religieuses, mais il semble dans l'état actuel des connaissances être un chiffre exagéré comparé aux 300 moines de Fontenelle au VIIe siècle et Saint-Riquier au IXe siècle.
À partir du IXe siècle, les premiers raids vikings commencèrent, et l'abbaye est dévastée en mai 841. Les moniales abandonnèrent l'abbaye dans le dernier quart du IXe siècle. Elles transférèrent les reliques de saint Waneng à Ham.

Guillaume Longue Épée décide la construction d'un palais à Fécamp, près de ruines, restes du premier monastère.
Il reconstruit un oratoire consacré à la Trinité, inclus dans l'enceinte de sa résidence.
Richard Ier fait édifier une nouvelle église de la Trinité consacrée selon Dudon de Saint-Quentin en 990, par Robert le Danois, archevêque de Rouen, et desservie par douze chanoines réguliers à la place des moniales, transférées à Montivilliers.
De la collégiale, rien ne subsiste aujourd'hui. Dudon de Saint-Quentin indique que l'église était d'une taille impressionnante et richement décorée. Des fouilles en 1925 et 1927 ont identifié les amorces d'un mur incurvé, vestiges de l'abside de la collégiale, dans la 3e travée droite du chœur actuel et présentait la même largeur que le vaisseau central du bâtiment gothique.

Richard II de Normandie transforme en 1001 la collégiale en abbaye bénédictine d'hommes et fait appel à sa tête Guillaume de Volpiano, abbé de Saint-Bénigne de Dijon, de l'aider à rétablir une communauté monastique digne de ce nom.
Peu après, Volpiano arrivait à Fécamp avec une poignée de moines clunisiens. Grâce au privilège d'exemption, Fécamp devient un centre de réforme monastique en Normandie. Guillaume de Volpiano y crée deux écoles, foyers de renaissance intellectuelle et artistique.
Il ne reste rien de cette église, néanmoins il reste des textes ayant survécu à la dispersion de la bibliothèque de l'abbaye de 1789.
Le récit de la construction de la première église donné par Dudon de Saint-Quentin est incontestablement la source la plus connue.
Le chanoine décrit l'édifice comme une église à plusieurs tours, faite en pierre et en brique, voûtée ou pourvues d'arcs en deux endroits, blanchie à l'extérieur et peinte à l'intérieur.
D'autres sources indiquent qu'un autel dédié au Sauveur se trouvait derrière le maître-autel dédié à la trinité. D'après la chronique de Saint-Bénigne, écrite entre 1058 et 1066, elle placerait le tombeau de Guillaume de Volpiano devant l'autel Saint-Taurin, alors que certains textes comme la vita willelmi le place au centre de l'église ; selon d'autres sources encore, le tombeau aurait été situé sous l'église dans une "crypte".
Cependant, des fouilles menés en 1925 confirment par l'intermédiaire de sondages la présence sous les travées deux et trois la présence d'une profonde quantité de remblais constitué de fragment d'enduit peint dans lesquels les fouilleurs virent la confirmation de l'existence des peintures murales mentionnées par Dudon.
À partir de ces fouilles et de regroupement de textes, Hans Reinhardt et Étienne Fels puis Annie Renoux arrivèrent à prouver alors que l'autel Saint-Sauveur aurait été situé à l'étage de la construction tandis que l'autel Saint-Taurin et le tombeau de Guillaume de Volpiano étaient situés dans une crypte sous l'église. L'abbaye est le lieu de célébration en 1002 du mariage d'Æthelred II d'Angleterre avec Emma de Normandie, et du remariage de celle-ci en 1017 avec Knut II de Danemark.

À Pâques de l'année 1066, Guillaume le Conquérant installe sa cour à Fécamp après que l'abbé de Fécamp a financé la conquête de l'Angleterre par Guillaume.
Guillaume de Rots, troisième abbé de Fécamp lance entre 1087 et 1099 la reconstruction de l'abbatiale.
Il détruit le chœur selon Orderic Vital et l'agrandit en largeur et en longueur et développe la nef.
Le déambulatoire ouvrait sur cinq chapelles, alternativement quadrangulaires et semi-circulaire.
Il en subsiste aujourd'hui les deux chapelles nord et les deux niveaux inférieurs de l'élévation au nord de la 3e travée droite du chœur.
L'élévation du chevet avait 3 niveaux : les grandes arcades, la tribune et les fenêtres hautes avec une coursière.
L'agrandissement de la nef a dû causer la destruction du massif occidental. Elle est consacrée en 1099 pour les uns, en 1106 pour les autres. C'est en 1099 que les corps des ducs Richard sont transférés de sous les gouttières du portail occidental à proximité du grand autel. L'abbatiale est détruite par un incendie en 1168, mais le chevet roman est préservé.

Une nouvelle église gothique fut alors construite par l'abbé Henri de Sully puis Raoul d'Argences.
À la mort d'Henri de Sully en 1187, le projet d'une nef à cinq travées devait être en cours d'achèvement.
Raoul d'Argences double le nombre de travées mais ne voit pas son achèvement.
Un document attribue la façade à tours et les cinq travées adjacentes à Raoul d'Argences. La dendrochronologie a daté la charpente de la partie occidentale de la nef en 1227/1228.
Elle est achevée au xiiie siècle. Gilles de Duremont, abbé en 1423, et son sous-prieur claustral Jean de Bouesgue sont signalés comme juges pour la condamnation de Jeanne d'Arc.

En 1649, pour rétablir la discipline qui au fil du temps et le malheur des guerres a beaucoup diminué dans l'abbaye bien qu'elle fût autrefois une des plus célèbres abbayes du Royaume, l'abbé commendataire, Henri de Bourbon-Verneuil, fils du roi Henri IV et évêque de Metz a estimé, avec l'accord du roi et du Saint-Siège que le moyen le plus efficace est de l'unir et l'agréger à la Congrégation de Saint-Maur, de la mettre sous la conduite des Chapîtres Généraux et de visiteurs élus.
Il n'y a pas de changement de la dignité et des droits abbatiaux, les charges restent à leurs possesseurs jusqu'à leur décès puis sont unis à la mense conventuelle soit la partie des revenus appartenant aux religieux, les lieux restent entre les mains des moines. La réforme mauriste entraine un redressement de la vie régulière, des constructions et réparations suivant les principes mauristes des bâtiments conventuels comme le montrent les deux gravures du Monasticon Gallicanum de 1687.

Le 2 novembre 1790, l'Assemblée Nationale déclare acquis à la Nation tous les biens du clergé et donne aux religieux la liberté de quitter les cloîtres.
Le 11 janvier 1791, à l'Hôtel de Ville, devant le corps municipal et le maire comparaissent les religieux de l'abbaye de la Trinité de Fécamp.
Le prieur, le sous-prieur, le doyen se retirent dans leur famille, un religieux de 78 ans est sénile, le maître de musique rejoint sa congrégation comme trois religieux qui préfèrent la vie commune, quatre autres se retirent suivant leurs déclarations au District, six déclarent renoncer à la vie commune et le cellérier se retirera s'il en est forcé.
Le 27 mai 1791, les églises de Fécamp sont supprimées sauf l'église Saint-Étienne et l'abbatiale qui prend le nom d'église de la Trinité et à laquelle on adjoint huit paroisses. Un ex-bénédictin ayant fait le serment à la Constitution en est nommé curé.
Le 14 juin 1791, un inventaire de la bibliothèque où on trouve 4880 volumes plus des brochures et des journaux ainsi que deux mappemondes et des statues, est fait. Les livres et manuscrits sont transportés au District pour être partagés entre différentes bibliothèques, mais, ils n'y parviennent pas tous car bon nombre d'habitants se sont servis. Le 22 mars 1792, la ville achète le logis abbatial pour y établir le bureau municipal. Il sera démoli en 1857. Le 20 septembre 1792, les bâtiments claustraux sont vendus pour 21 000 livres au citoyen Leplay. Le 11 décembre 1792, l'église est transformée en Temple de la Raison où a lieu la fête de la raison. Il ne reste plus que la chœur pour l'exercice du culte. Le 1er germinal an II, le culte catholique est supprimé, il y a beaucoup de destructions, statues, cloches, chaire, croix de pierre et de métal, les grilles de fer sont démontées, le jubé qui cache le chœur est démoli.

En 1802, le régime concordataire français est mis en exécution et l'archevêque de Rouen nomme le curé de l'église de la Trinité de Fécamp.
En 1803, le curé Adam de Valville veut démolir le jubé du xve et xvie siècles pour libérer la vue sur le chœur et devant le refus du conseil de fabrique et de la paroisse le fait détruire nuitamment par un entrepreneur.
En 1840, l'abbatiale de la Trinité de Fécamp est inscrite sur la première liste des monuments historiques protégés en 1840 et une première phase de restauration commence, puis une autre en 1890. Entre les deux guerres mondiales, les restaurations de l'extérieur des bâtiments continuent et le don d'un million de francs de la marquise de Vaucouleurs leur donnent un nouvel élan.
En 1960, un vote est organisé pour savoir si la façade datant du xviiie siècle doit être détruite pour mettre au jour la façade du xiiie siècle.
En 2007, un grand projet de restauration commence qui durera trois ans. La même année voit une grave dégradation sur le tabernacle abritant le Précieux-Sang, la tête de la Vierge présente sur l'acrotère droit étant brisée. Dans la nuit du 1er au 2 juin 2022, des malfaiteurs pénètrent dans l'abbatiale, et subtilisent une partie du trésor conservé dans un meuble de la sacristie, dont le reliquaire du Précieux Sang. Cette relique découverte le 19 juillet 1170, renfermerait le sang de Jésus Christ, collecté par Nicodème.

Les légendes formées autour du Précieux-Sang et des autres reliques marquent le manque de saints locaux ou de martyrs qui auraient pu laisser des reliques, les restes du fondateur du premier monastère de Fécamp Waninge ayant été emportées en Picardie par les religieuses réfugiées à l'abbaye Notre-Dame de Ham.
Des objets témoignant d'une intervention divine sont donc inventés par les moines : une chapelle transportée sans intervention humaine, un objet déposé par un ange et le pain et le vin se changeant en sang et chair. Au début du xiie siècle, le Précieux-Sang n'est plus le pain et le vin mais le sang du Christ prélevé lors de la mise au tombeau.
L'histoire légendaire du Précieux-Sang de Fécamp prend sa forme définitive à la suite de la découverte le 19 juillet 1171 de deux étuis de plomb renfermant des particules du sang du Christ.
Les écrits élaborés entre 1171 et 1210 tiennent compte des différents niveaux de culture et ne sont pas totalement innovants car en milieu anglo-normand on connait bien le culte de Saint Voult de Lucques que les clercs et laïcs de Fécamp adaptent à une réalité locale qui trouve un nouveau sens sans perdre son originalité.
Pour expliquer l'origine du sang du Christ en Normandie, la barque étanche de Lucques est transformée en tronc de figuier qui par une fausse étymologie de Fécamp, FESCANNUM fait d'un lieu riche en poissons un champ de figuiers. Les premiers pèlerinages et récits de miracles datent de la fin du xiie siècle. Après une période de déclin, le pèlerinage connaît un nouveau succès sous le Second Empire. La confrérie du Précieux Sang est officiellement fondée en 1906.