Het wonderschone waterwerk heeft meerdere symbolische connecties met de mythologie omdat de fontein een lange geschiedenis heeft. Hoewel het meer dan 100 jaar duurde om het huidige kunstwerk te maken, begon zijn historie meer dan 2000 jaar terug.

Keizertijd (27 v. Chr. - 476 n. Chr.)

Volgens de legende werd er in 19 v.Chr., enkele kilometers buiten Rome, een nieuwe waterbron ontdekt door een jonge maagd. Kort nadat ze de Romeinse soldaten de weg had gewezen naar de bron, werd het aquaduct Aqua Virgo (maagdelijk water) gebouwd, voornamelijk om de Thermen van Agrippa in de Campus Martius van water te voorzien.

Het aquaduct werd aangelegd onder leiding van architect Marcus Vipsanius Agrippa (bekend van het Pantheon) en werd uiteindelijk een van de elf aquaducten die het oude Rome van water voorzag. De Aqua Virgo loopt grotendeels ondergronds en is bijna twintig kilometer lang. Het is een van de drie aquaducten uit de oudheid die tot op heden nog actief zijn.

Het aquaduct is vele malen gerestaureerd en heet vandaag de dag Acqua Vergine, de bron van onder andere de Trevifontein en de Fontana della Barcaccia bij de Spaanse Trappen. Waar vroeger het eindpunt van het aquaduct was, staat nu de majestueuze Trevifontein. Deze bestond eerst uit drie bassins waar water in werd bewaard voor de bevolking.

Middeleeuwen (476 - 1492)

Het behield deze vorm tot 1453 toen paus Nicolaas V de herinrichting opdroeg aan Leon Battista Alberti. De drie bassins werden vervangen door één groot bassin waaruit de Romeinen water konden halen.

Ondanks de schade veroorzaakt door het Eerste Beleg van Rome in de Gotische Oorlog in 537, werd het werk gedurende de gehele Middeleeuwen gebruikt. De eerste grafische documentatie dateert echter uit 1410, toen een fontein werd gebouwd met drie monden die water in drie afzonderlijke bekkens naast elkaar goten, in het midden van een kruispunt (trevio) aan de oostkant van de heuvel Quirinal.

Renaissance (1492 - 1789)

In 1640 gaf paus Urbanus VIII de architect en beeldhouwer Gian Lorenzo Bernini de opdracht om belangrijke wijzigingen in het werk aan te brengen. Het project voorzag in een nieuw scenografisch panorama dat moest worden gezien vanuit het Quirinaalpaleis, de zomerresidentie van de paus.

Bernini begon aan het project zonder de vereiste vergunning, gefinancierd uit belastinggeld van de Romeinse bevolking. Het oorspronkelijke idee was om twee grote concentrische halfronde bekkens te bouwen en in het midden een voetstuk te plaatsen dat waarschijnlijk zou dienen als sokkel voor een standbeeld van de Maagd Trivia.

Het geld werd echter gebruikt voor de oorlog die de paus verklaarde aan het hertogdom Parma en Piacenza en de werkzaamheden werden onderbroken. Na de dood van Urbanus VIII en de komst van paus Innocentius X, raakte de fontein in verval.

Er gingen bijna zestig jaar voorbij voordat Clemens XI zich opnieuw met de Trevifontein ging bezighouden. Zulke vertragingen waren gebruikelijk bij grote werken van Italiaanse en buitenlandse architecten in de geschiedenis van het Italiaanse schiereiland.

In 1731 organiseerde Clemens XII een ontwerpwedstrijd die uiteindelijk werd gewonnen door Nicola Salvi. Hij besloot het verhaal van de Acqua Vergine te vertellen door een verbintenis tussen architectuur en beeldhouwkunst te creëren. Dit idee had hij overgenomen van het oorspronkelijke ontwerp van paus Urbanus VIII en Bernini. ​Er wordt gezegd dat Salvi’s project mede werd gekozen omdat het goedkoper was dan de andere.

Het werk werd gefinancierd door de herinvoering van de loterij in Rome. De bouw van de fontein startte in 1732, maar werd herhaaldelijk onderbroken door zowel geldgebrek als artistieke meningsverschillen tussen Salvi en beeldhouwer Giovanni Battista Maini. Uiteindelijk zagen noch Salvi, noch de paus, noch zijn opvolger Benedictus XIV de voltooiing van het werk.

Tijdens het pontificaat van paus Clemens XIII werd het werk pas in 1762 voltooid door de beeldhouwer Pietro Bracci. Op de avond van 22 mei 1762, na dertig jaar werk, werd het eindelijk in al zijn grootsheid aan het publiek getoond.

Hedendaagse tijd (1789 - heden)

De laatste jaren heeft de fontein verschillende onderhouds- en restauratieprojecten ondergaan. In 1998 bijvoorbeeld, werd de fontein grondig schoongemaakt. En in 2014 duurde het zeventien maanden om het werk te restaureren, wat het Italiaanse modemerk Fendi maar liefst 2.2 miljoen euro heeft gekost. Tijdens deze periode lag er een tijdelijke panoramabrug over het bassin zodat bezoekers de fontein en de restauratiewerkzaamheden van dichtbij konden bewonderen.

De herinwijdingsceremonie van de Trevifontein vond plaats op 3 november 2015. Bij de heropening van de pijpen van het aquaduct die het bassin vulden, waren honderden mensen aanwezig. Tot slot heeft burgemeester Virginia Raggi in 2019 een plan gepresenteerd om de artistieke verlichting te vernieuwen.