Das katholische Christentum spielte und spielt in der Geschichte Triers eine überdurchschnittlich wichtige Rolle.
Zur Zeit der Treverer wurden keltische Gottheiten in den Tempelbezirken in Trier-West unterhalb des Markusberges an einer Felsenquelle (Tempelbezirk Irminenwingert) und im Altbachtal verehrt.
Im 2. Jahrhundert entstand ein gallo-römischer Tempelbezirk im Altbachtal mit 70 Tempeln und weiteren Kultstätten auf einer Fläche von etwa fünf Hektar.
Konstantin der Große, Kaiser des römischen Reichs, welcher zeitweise in Trier residierte, zeigte sich ungefähr ab dem Jahr 323 offen als Christ. Wie es damals üblich war, hatte sich Konstantin erst kurz vor seinem Tod im Jahr 337 taufen lassen. Bereits seit Konstantin ist Trier christlich. Die unter ihm erbaute Konstantinbasilika ist bis heute erhalten.
Trier wurde wohl schon zum Ende des 3. Jahrhunderts Sitz eines christlichen Bischofs, welcher später zum Erzbischof aufstieg. Dieser beherrschte ein geistliches Territorium, welches von 1356 bis 1806 eines der Kurfürstentümer des »Heiligen römischen Reichs deutscher Nation« war.
Eine der ersten deutschen Synagogen entstand 1066. 1096 fand ein Pogrom der Kreuzfahrer an den Trierer Juden statt, die der Bischof nicht verteidigen konnte. In der Bischofsstadt konnte die Reformation keinen Fuß fassen; aus Trier ging jedoch mit Caspar Olevian einer der bedeutendsten deutschen reformierten Theologen hervor.
Trier blieb eine überwiegend katholische Stadt. Eine Minderheit der Trierer bekannte sich zum Judentum. Im 17. Jahrhundert wurde der Bischofssitz teilweise nach Koblenz verlegt.
Nach der Besetzung des Erzbistums durch die Franzosen 1794 wurde die Kirchenprovinz schließlich 1803 aufgelöst und das Territorium 1815 der späteren preußischen Rheinprovinz eingegliedert (Suffraganbistum Trier).
Die heutigen Pfarrgemeinden der Stadt bilden seit November 2003 das Dekanat Trier innerhalb des Bistums Trier.
Trier ist ein bedeutender Wallfahrtsort. Im Dom wird der »Heilige Rock« aufbewahrt, der in unregelmäßigen Abständen von einigen Jahrzehnten (zuletzt 1996 und 2012) ausgestellt wird. Daneben gibt es die Heilig-Rock-Tage.
In der Benediktinerabtei St. Matthias (dialek. auch St. Mattheis) soll sich mit dem Grab des Apostels Matthias das einzige Apostelgrab nördlich der Alpen befinden.
Die Gebeine des Apostel Matthias sollen im Auftrag der Kaiserin Helena, Mutter des römischen Kaisers Konstantin I., vom Trierer Bischof Agritius nach Trier überführt worden sein.
Im 19. Jahrhundert zogen auch Protestanten in die Stadt, die alsbald eine eigene Kirchengemeinde gründen konnten. Sie erhielten als Gotteshaus die alte römische Palastaula (Konstantinbasilika).
Später wurden weitere Kirchengemeinden gegründet. Heute gehören alle evangelischen Christen Triers zum Ev. Kirchenkreis Trier der Evangelischen Kirche im Rheinland, es sei denn, dass sie Mitglieder einer Freikirche sind.
Neben evangelischen und römisch-katholischen Kirchengemeinden bestehen weitere Freikirchen und Religionsgemeinschaften in Trier: Evangelisch-Freikirchliche Gemeinde (Baptisten), Freie evangelische Gemeinde, Siebenten-Tags-Adventisten, Freikirchliche Pfingstgemeinde, Christengemeinde, die Christengemeinschaft, Gemeinde Christi, Neuapostolische Kirche, Russische-Orthodoxe Kirchengemeinde sowie mehrere Gemeinden der Zeugen Jehovas.
Der Trierer jüdischen Gemeinde, die seit dem Mittelalter, möglicherweise sogar seit der Antike, existierte, entstammte unter anderem Karl Marx, der berühmteste Sohn Triers.
Viele seiner Vorfahren waren Rabbiner in Trier gewesen. Auch der Trierer Bischof Matthias Eberhard entspross väterlicherseits einer jüdischen Familie. Sein Großvater war zum Katholizismus konvertiert.
Heute leben in Trier knapp 67.500 Katholiken, rund 13.600 Protestanten, ca. 2.000 Muslime und etwa 500 Juden.
Unter dem Namen »les amis de l'humanité« entstand 1805 unter der napoleonischen Herrschaft eine Freimaurerloge. Noch heute arbeitet diese Loge in ihrem Logenhaus in der Brückenstraße unter dem Namen »Zum Verein der Menschenfreunde«.