Als kunstgeschichtliches Kleinod gilt die Marktkirche zur Allerheiligsten Dreifaltigkeit. Sie wurde 1672 von Gallus Mayr, dem Vater des Erbauers der barocken Pfarrkirche, errichtet. Die Initiative hierzu stammte von den Grafinger Bürgern, so ist sie auch in der Front der Häuser nördlich des Marktplatzes eingefügt.

Einige der Heiligenfiguren und Putten stammen von Joh. B. Straub, die Deckenfresken und die Stukkaturen sind von Johann Baptist Zimmermann, der etwa zehn Jahre später die Ausstattungsarbeiten der Wieskirche bei Steingaden leitete. Ein freigiebiger Wohltäter, der Münchner Bankier Johann Georg Nockher, hatte die Künstler 1743/48 nach Grafing geholt und so der Kirche zu ihrer wertvollen Innenausstattung verholfen. 1989 wurde die Marktkirche von außen gründlich renoviert und hat nun die frischen Farben des 18. Jahrhunderts. An Weihnachten ist ein schönes mechanisches Kripperl in der Kirche aufgestellt.