Dusetų raudoną mūrinę bažnyčią statė klebonas kunigas A. Rumševičius.

Bažnyčia pastatyta 1886 – 1888 metais. Du aukšti bažnyčios fasadiniai bokštai turi keturis tarpsnius, kurie palaipsniui aukštyn siaurėja, o atskiri plečiasi karnizais. Viršutinis jos tarpsnis aštuoniasienis, stogai piramidiniai, su frontonėliais kiekviename šone. Centrinės navos fasadinė siena rizališkai ištraukta į priekį tarp bokštų. Portiko ir bokštų angos ir visi langai perdengti apvaliomis arkomis su archivoltomis. Trikampis frontonas apvestas aklina arkatūra. Panašiai dekoruoti ir bažnyčios bokštai. Bažnyčios viduje yra 3 navos su skliautais ir 3 altoriai, kurie papuošti išlikusiomis Gogelio skulptūromis. 1930 metais bažnyčią dekoravo menininkas V. Čižauskas.
Dusetų Švenčiausios Trejybės bažnyčios šventoriaus vakariniame kampe stovi 4,5 x 4,5 m pločio apačioje ir 13 m aukščio mūrinė, tinkuota bei nubalinta baroko stiliaus varpinė, pastatyta XVIII a. viduryje pagal architekto A. Parakos projektą. Keturi jos aukštai palaipsniui į viršų siaurėja, kampuose – sudvejinti piliastrai, viršuje sujungti kelių siaurų traukų karnizais, o langų angos su apvaliomis arkomis. Varpinės stogas papuoštas keturių tarpsnių barokinės formos bokšteliu su nežinomo autoriaus nukaldintu ažūriniu geležiniu kryžiumi.
Anksčiau pirmame varpinės aukšte buvo įrengta Šv. Kryžiaus koplyčia, 1885 – 1886 metais ji virto bažnytėle.
Remontuota varpinė 1977 metais.

(parengta pagal  kraštotyrininko Jono Nemanio medžiagą)