I Filippini giunsero a Camerino tra il 1588 e il 1591, guidati da mons. Angelo Matteucci, stabilendosi inizialmente presso la chiesa di Santa Maria delle Carceri, poco fuori dalle mura, per poi trasferirsi in città nella chiesa di San Giovanni in Pescheria.
La congregazione fu ufficialmente riconosciuta nel 1600 con un breve papale di Clemente VIII e ricevette numerose donazioni nel corso del Seicento.
Il 24 aprile 1733 fu approvato il progetto per la costruzione di una nuova chiesa dedicata a San Filippo Neri. Ideato da Pietro Maria Loni (che sostituì Liborio Raspantini, successivamente autore anche della chiesa filippina di Fabriano) e realizzato da Domenico Cipriani, il progetto vide la copertura dell’edificio il 5 ottobre 1734 e l’inizio delle decorazioni interne il 20 maggio 1735. L’edificio presenta una pianta ellittica con cappelle laterali e una facciata in mattoni a vista, con zoccolo e capitelli in pietra calcarea. Nel 1746 fu eretto il campanile, che crollò nel terremoto del 1799. La facciata, a due ordini, fu completata da Clemente Moghini.

La facciata superiore, culminante in un timpano centinato ad arco ribassato, è raccordata alla parte inferiore tramite volute che poggiano su pilastri angolari. Il prospetto, in laterizio rosso su zoccolo di calcare bianco, si distingue per un elegante gioco bicromo che evidenzia elementi architettonici come le basi e i capitelli ionici, i portali e le urne del coronamento. Lo stile oscilla tra il barocco maturo e l’emergente classicismo, ispirato a Vanvitelli.

L’interno, con navata ellittica allungata e presbiterio dominato dall’altare della SS. Trinità, presenta due ampie cappelle laterali che, insieme all’abside profonda introdotta da un arcone trionfale strombato, trasformano l’impianto in una chiesa a pianta centrale, arricchita da uno sviluppo spaziale articolato. A ciascuna delle due grandi cappelle centrali si affiancano due cappelle laterali, tutte comunicanti.

La prima cappella a sinistra ospita un “San Pietro piangente”, copia dell’originale del Guercino, donato nel 1744 da Camillo Matteucci in memoria del padre fondatore Angelo. Nella seconda cappella a destra, dedicata a San Filippo Neri, si conserva il celebre dipinto del Tiepolo “Madonna in gloria col Bambino e San Filippo Neri”, capolavoro dell’arte settecentesca e unica opera dell’artista presente nell’Italia centrale. La pala, un olio su tela commissionato dal nobile camerinese Battibocca, fu consegnata il 25 maggio 1740.

Tra le opere d’arte si segnalano anche una “Educazione della Vergine” e una “Morte di San Giuseppe” dello jesino Luigi Domenico Valeri, poste simmetricamente nelle cappelle laterali, oltre a un Crocifisso e una “Deposizione dalla croce” di autore anonimo.

La pianta della chiesa si discosta dalla consueta tipologia delle chiese filippine marchigiane, avvicinandosi ai modelli di Sant’Alessandro a Milano di Lorenzo Binago e San Carlo ai Catinari di Rosato Rosati a Roma.