Dunilovas pirmą kartą paminėtas 1473 m. Iki XVI a. vidurio jis priklausė kunigaikščiams Alšėniškiams. 1551 m. vyskupas Paulius Alšėniškis šias žemes testamentu užrašė valdovui Žygimantui Augustui, o šis — 1567 m. jas dovanojo Mikalojui Kristupui Radvilai. Vėliau Dunilovą valdė Dolmat—Isaikovskiai ir kitos giminės.
Parapinė bažnyčia pastatyta 1624 m. Kiek vėliau, 1683 m. Elžbieta Isaikovskytė čia įkurdino dominikonų vienuolius, kuriems 1683 m. pastatė dar vieną medinę bažnyčią bei vienuolyną. Bažnyčiai padovanotas Vilniaus vyskupo Mikalojaus Stepono Paco iš Florencijos parvežtas Loreto Dievo Motinos paveikslas, greitai ėmęs garsėti malonėmis.
1769—1773 m. pastatyta mūrinė, išraiškingo vėlyvojo baroko silueto, Švč. Trejybės bažnyčia. Caro valdžiai vienuolyną uždarius, 1866 m. ji paversta cerkve ir katalikams grąžinta tik 1919 m. Sovietmečiu, 1949 m. šventovė uždaryta antrą kartą ir paversta sandėliu. Tikintiesiems grąžinta 1989 m. Senasis stebuklingasis paveikslas joje neišliko, dabar altoriuje — XIX a. Švč. Mergelės Marijos atvaizdas, taip pat garsėjantis malonėmis
Klajumienė, Dalia, Vadovas po Lietuvos Didžiąją Kunigaikštystę, sudarytojos Aistė Paliušytė ir Irena Vaišvilaitė, Vilnius, Lietuvos kultūros tyrimų institutas, 2012
