وجهه­‌ی کالج ترینیتی در مقابل کالج­‌های دیگر که کتابخانه‌­های خود را مورد نوسازی قرار داده بودند، در خطر بود. یکی از رقیبان اصلی، کالج سنت ­جان بود که در سال 1620 کتابخانه‌­ی فوق‌­العاده‌­ای برای خود ساخته بود. سرانجام در سال 1673 ایساک بارو به ریاست کالج ترینیتی انتخاب شد و با وجود مشکلات مالی عظیم کالج، کوشش فراوانی برای نوسازی کتابخانه به خرج داد.
بارو از کریستوفر رِن (1632-1723)، معمار مخصوص شاه، خواست تا نقشه­‌های کتابخانه­‌ی جدید را طراحی کند. رِن در آن زمان، سخت سرگرم طراحی نقشه‌­هایی برای بازسازی لندن پس از آتش‌­سوزی بزرگ سال 1666، بود که شامل طراحی 52 کلیسا و نیز کلیسای جامع سنت پال می‌­شد. رِن برخلاف بسیاری از معماران آن دوره به ایتالیا نرفته و تنها سفرش به خارج از کشور، اقامتی در پاریس بود که در جریان آن به‌­شدت تحت تأثیر کاخ مازارین و طرح‌­های لاوو برای «کالج چهار ملت» (که بعدها به کتابخانه‌­ی مازارین تبدیل شد) قرار گرفت. از سوی دیگر بارو به‌­تازگی از ایتالیا بازگشته و از کتابخانه‌­ی سانسووینو در ونیز، کاخ­‌ها و ساختمان‌­های عمومی پالادیو در ویچِنزا و کتابخانه‌­ی لائورِنتسیانای میکلانجلو در فلورانس دیدن کرده بود. طرح‌­هایی که بارو با خود آورده بود بدون شک بر رِن تأثیر گذاشت و او را با پروژه‌­ای کاملاً جدید رو به ­رو کرد. قطعه زمینی که برای کتابخانه در نظر گرفته شده بود ضلع چهارم حیاط نِویل را اشغال می‌­کرد. این حیاط به وسیله­‌ی ساختمان­‌هایی که عمدتاً در اواخر سده­‌ی شانزدهم و اوایل سده­‌ی هفدهم میلادی ساخته شده و مشرف به طبیعت و رودخانه‌­ی کَم بودند، احاطه می‌­شد. رِن نخست طرح کتابخانه‌­ی مدوری را در نظر داشت که باید زیر گنبد وسیعی در مرکز حیاط واقع می‌­شد، اما به یک سازه‌­ی طولی روی آورد که محوطه­‌ی نویل را به طور کامل می‌­بست و آن را به یک چهارگوش تبدیل می‌­کرد؛ فرمی که در کالج‌­های بریتانیا بسیار مورد توجه بود. ساخت بنا در سال 1676 آغاز شد و در 1686 به پایان رسید، اما تنها در سال 1695 بود که کتاب‌­ها در ساختمان جدید چیده شدند، زیرا تهیه‌­ی تجهیزات داخلی بسیار به طول انجامید و بسیار گران­تر از آنچه پیش­‌بینی شده بود، از آب در آمد.
ساختمان به شکل یک چهارگوشِ کشیده ساخته شد و با وجود آنکه نماهای شرقی و غربی آن کاملاً با هم تفاوت دارند (نمای غربی رو به طبیعت است)، هردو دارای سبک کلاسیک و شکوه‌مندی هستند. اتاق مطالعه‌­ی عظیم که در تمام طول بنا امتداد یافته، بر یک رشته قوس‌­های باز در طبقه­‌ی همکف استوار است. این آرایش تقریباً به طور کامل راه‌­حل دوگانه­‌ی نبوغ‌­آمیز رن را که معرف اصالت معمارانه‌­ی ساختمان است از نظر پنهان می‌­کند به واسطه­‌ی آنکه بنا در زمین­ه‌ای حاشیه­‌ی رودخانه واقع شده که دارای ثبات چندانی نیستند، قوس‌­ها وارونه شدند. به عبارت دیگر، قوس واقعی در زیر طبقه قرار دارد و ستون‌­ها رو به بالا امتداد می‌­یابند و روی هرکدام یک قوس دیگر تعبیه می‌­شود. معمار با این روش موفق شد استحکام ساختمان خود را تضمین کند و اثر رطوبت بر کتاب‌­ها را از طریق بالا آوردن اتاق به میزان چند متر بالاتر از طبقه­‌ی همکف، به حداقل برساند. دوم آنکه سینه‌­ی قوس‌­های نما پر شده است، زیرا کف اتاق، برخلاف انتظار، بر آنها تکیه ندارد. اتفاقاً کف قدری پایین آورده شده و به قاعده‌­ی سینه‌­ی قوس­‌ها رسیده است. یعنی در حقیقت، قوس‌­ها نگه­دارنده‌­ی دیوارها و سقف هستند و یک رشته ستون سنگی که در میان دو ردیف قوس بیرونی پنهان شده‌­اند، کف اتاق را نگه می‌­دارد. این شاهکار پوشیده­‌کاری به بیست و چهار پنجره‌­ی عظیم پیش‌­آمده که در بالای قفسه‌­های کتاب تعبیه شده‌­اند، امکان باز شدن می‌­دهد (یازده پنجره رو به حیاط باز می‌­شوند و سیزده پنجره رو به باغ­. حتا در گرفته‌­ترین هوا و بارانی‌­ترین روزها نیز این پنجره‌­ها نور بسیار خوبی برای خوانندگان فراهم می‌­کنند. شکل و شمایل کلاسیک قرنیزهای موجود در بخش پایینی ستون‌­های قوس، یادآور ستون‌­های دوریکی است، در حالی که پنجره‌­های پیش­‌آمده، معماری یونانی را به ذهن تداعی می‌­کند.

فضای درونی مؤید دیدگاه عملکردگرای معمار است که با پسند معاصران و اسلاف آلمانی، اتریشی و ایتالیایی او که خود را به دست زیبایی‌­های پیچیده­‌ی آرایش‌­های فضایی باروک سپرده بودند، بسیار تفاوت داشت. فضای پیوسته‌­ی تالار وسیع، 58 متر طول، 12 متر عرض و 4/11 متر ارتفاع دارد و به وسیله‌­ی قفسه­‌های عظیمی که به صورت عمود بر دیوار قرار گرفته­‌اند، به بخش­‌های یک­‌شکلی تقسیم شده و در هرطرف یازده فضای تورفته به شکل شاه­‌نشین به وجود آورده است. این شاه‌­نشین‌­ها از سه طرف با گنجه و قفسه­‌های کتاب احاطه شده­‌اند و رِن در مرکز هریک از آنها میز سنگینی با یک صفحه­‌ی چرخان مرکزی قرار داد تا خوانندگان بتوانند هم­زمان به چند منبع رجوع کنند. رِن این میز و چهارپایه­‌های محکم کتابخانه را پس از آن طراحی کرد که به قول خودش، مبهوت «اثاثه‌­ی مردانه»ی کتابخانه‌­ی مازارین شده بود. کف تالار با نقش شطرنجی و از مرمر سفید و سیاه ساخته شده تا صدای گام‌­ها را کاهش دهد، اما شاه­‌نشین­‌ها برای راحتی بیشتر، کف چوبی دارند. سقف قاب­‌بندی‌­شده­‌ای که امروزه در کتابخانه به چشم می‌­خورد، در
نقشه­‌های اولیه‌­ی بنا نیز وجود داشت، اما در اواسط سده­‌ی نوزدهم به اجرا در آمد. رِن برای تزئین فضا پیشنهاد کرد پیکره­ای بالای هر قفسه نصب شود: «این پیکره‌­ها، تزئینی باشکوه برای کتابخانه خواهند بود برای کاهش هزینه به، وسیله­‌ی هنرمندان فلاندری و از گچ ساخته خواهند شد.» اما حتا این طرح نیز گران به نظر آمد و عملی نشد؛ در عوض، در طول سده‌­ی هجدهم میلادی، به جای آنها مجسمه‌­های مرمری حامیان مالی کتابخانه، استادان، اندیشمندان و پژوهشگران آن کار گذاشته شد.
امروزه ترینیتی بزرگ­ترین کالج کیمبریج و کتابخانه‌­ی آن مهم­ترین کتابخانه‌­ی دانشگاه است. این کتابخانه که رِن آن را برای نگهداری 30,000 جلد کتاب در نظر گرفته بود (رقمی عظیم برای سده­‌ی هفدهم میلادی)، اینک بیش از 300,000 کتاب دارد و ساختمان آن از نظر معماری نیز یکی از بهترین نمونه‌­های معماری کلاسیک انگلیسی و شاهکاری از زیبایی مردانه، انسجام و عملکردگرایی است.