Najstarszym zabytkiem Trzemeszna jest kościół poklasztorny, obecnie późnobarokowa bazylika pw. Wniebowzięcia Najświętszej Marii Panny z zachowanymi elementami zabudowy romańskiej i gotyckiej. Powstanie jej sięga początków założenia klasztoru kanoników regularnych. Bowiem za sprawą księcia Bolesława Krzywoustego sprowadzeni kanonicy wybudowali kościół romański i zabudowania klasztorne.
W zachodniej części kościoła zachowane zostały XII-wieczne kolumny romańskie oraz kamienna płyta nagrobna, która wcześniej umieszczona była w posadzce. Obejrzeć ją można na wystawie udostępnianej zwiedzającym w części bazyliki pod chórem. Zewnętrzne wieże zachodnie kościoła podtrzymują typowe dla architektury romańskiej przypory. Pozostałości gotyckiej przebudowy kościoła odsłaniają lekkość wnętrza, widoczną w konstrukcji zachowanego sklepienia gwieździstego.
Późnobarokowy kształt kościoła jest efektem prowadzonej przez opata Michała Kosmowskiego wieloletniej rozbudowy świątyni. Projekt XVIII-wiecznej przebudowy na planie krzyża łacińskiego przypisuje się architektowi Efraimowi Schrögerowi a jego realizację Józefowi Letzelbergowi. Obraz w absydzie prezbiterium przedstawiający Wniebowzięcie Najświętszej Maryi Panny stanowi dzieło Franciszka Smuglewicza. Zabytkową polichromię po drugiej wojnie światowej, kiedy to za sprawą uchodzących Niemców świątynia doszczętnie spłonęła, zrekonstruowali Ewa i Jerzy Wolscy. Zofia Wilińska odtworzyła obraz ołtarzowy NMP, który w 2018 roku poddany został gruntownemu odnowieniu. Wtedy to odnowiono absydę i całe prezbiterium, w kierunku którego przeniesiony został ołtarz.
.jpg)
Podziwiać możemy zrekonstruowaną część środkową bazyliki tworzącą monumentalny oktagon nakryty okazałą kopułą nawiązującą stylem do rzymskiej bazyliki św. Piotra. Spłonęła ona doszczętnie w 1945 roku, po czym z wielkim trudem została odbudowana, a w 2018 roku jej konstrukcję wzmocniono.
Polichromia sklepienia kopuły w czterech owalnych medalionach przedstawia sceny ze Starego Testamentu: wzgórze Moria ze sceną złożenia w ofierze Izaaka przez Abrahama, ofiarę Melchizedeka, ofiarowanie Chrystusa w świątyni i Jego Ukrzyżowanie.
Polichromia sklepienia nawy głównej nawiązuje do kultu św. Wojciecha. Freski obrazując zapis „Tempore illo” przedstawiają sceny męczeńskiej śmierci św. Wojciecha, wykupienie ciała od Prusów i złożenie zwłok męczennika przez trzemeszeńskich kanoników.
Jak zapewnia proboszcz parafii, ten cenny zabytek narodowej kultury jest sukcesywnie restaurowany i otwiera podwoje dla odwiedzających Trzemeszno turystów i pielgrzymów.