Im Jahr 19 v. Chr. ließ der Konsul Marcus Agrippa den Aquädukt Aqua Virgo zur Versorgung, der ebenfalls von ihm erbauten Thermen neben dem Pantheon, anlegen. Er transportiert über 26 km Wasser aus den Sabiner Bergen. Er ist der einzige Aquädukt, der seit der Antike ununterbrochen Wasser nach Rom führt. Im Mittelalter, spätestens im 12. Jh., endete die Wasserleitung mit drei Ausgängen, die Brunnentröge speisten, an der heutigen Via del Corso. Möglicherweise bezieht sich der Name Trevi, für den Stadtteil und den Brunnen, auf diese drei Quellen oder auch auf die Kreuzung dreier Straßen (italienisch: tre vie) in der Nähe. 1453 ließ Papst Nikolaus V. nach Restaurierungsarbeiten dem Aquädukt einen neuen Endpunkt geben. Leon Battista Alberti errichtete eine Fassade mit Inschrift und Papstwappen, aus der sich das Wasser aus drei Speiern in ein einfaches, rechtwinkliges Brunnenbecken ergoß. 1561-70 wurde durch Papst Pius IV. eine grundlegende Sanierung der Wasserleitung von der Quelle bis in die Stadt veranlasst. 1640 begann, im Auftrag von Papst Urban VIII., Gian Lorenzo Bernini mit dem Bau eines aufwändigeren Brunnen, am heutigen Platz. Aus Geldmangel blieb es jedoch bei der Vergrößerung des Platzes und der Ausführung eines größeren Brunnenbeckens. Etwa gleichzeitig errichteten die Grafen Poli im Anschluss an den Brunnen die zwei Flügel ihres Palastes. Nach etlichen erfolglosen Anläufen zum Neubau des Brunnens, lobte Papst Clemens XII. einen Architekturwettbewerb aus, an dem viele der namhaften Architekten der Zeit teilnahmen. Überraschend vergab Clemens den Auftrag an den unbekannten Niccolò Salvi. Salvi (1697-1751) hatte bis dahin kaum Bauten errichtet. Leider sind alle seine Werke, außer dem Trevi-Brunnen, heute verschwunden. Er begann 1732 mit der Ausführung des Brunnens, dessen Fassade sich in voller Länge an den Palazzo Poli anlehnt. Unterstützt wurde er dabei von seinem Freund Luigi Vanvitelli. Der Graf Poli legte gegen den Bau, erfolglos, Protest ein. Denn diese neue Palastfassade nahm in keiner Weise Rücksicht auf die Architektur seiner Gebäude, insbesondere deren Geschosshöhen. Bereits 1735 weihte Clemens den neuen Brunnen ein, obwohl die Arbeiten noch in vollem Gange waren. Auch nach dessen Tod 1740 wurden die Arbeiten stockend unter Papst Benedikt XIV. fortgesetzt. An der langen Bauzeit waren nicht nur immer wiederkehrende Finanzierungsprobleme schuld. Auch die äußerst penible Arbeitsweise Salvis trug dazu bei. Er ließ zum Beispiel manche Teile der Felslandschaft bis zu zehn mal neu fertigen, bis er damit zufrieden war. Ab 1744 erschwerte zudem seine sich verschlimmernde Krankheit den Fortgang. 1751 starb Salvi. Giuseppe Panini vollendete seine Pläne bis zur Fertigstellung 1762. Lediglich die Skulptur des Oceanus wurde von Pietro Bracci neu entworfen, da der ursprüngliche Entwurf Benedikt zu bullig und brutal erschien. In den Jahren 1872, 1989-1991 und 1998 wurde der Brunnen renoviert.
Der Trevi-Brunnen besteht aus einer Palastfassade, der ein Triumphbogen vorgesetzt ist. Davor tummeln sich allerlei Meeresgestalten auf einer Felslandschaft, über die sich das Wasser in ein großes, flaches Becken ergießt.
Vorbild war sicher der weit weniger monumentale Mosesbrunnen (1587 fertiggestellt) an der Piazza San Bernardo.
Salvis Thema waren die Naturgewalten, die das Werk der Menschen bedrohen. Auf der rechten Seite scheint die Fassade durch die hervorbrechenden Felsen bereits zu zerbrechen. Die dramatische Wirkung wird noch durch das vom fließenden Wasser erzeugte Meeresrauschen verstärkt, das schon in den Seitengassen zu hören ist. Salvi hat lange experimentiert mit welcher Steinoberfläche er diesen Effekt, trotz der relativ geringen Wassermenge, erreichen kann. Auf den Felsen sind allerlei Fabelwesen des Meeres, wie Meerespferde und Tritonen, angeordnet, die dem Betrachter entgegenstürmen. Über ihnen steht im Zentrum der herrschaftliche Meeresgott Oceanus bereits in der mittleren Nische des Triumphbogens. Der Triumphbogen stellt eine Neuinterpretation des Konstantinbogens dar. In den Nischen rechts und links vom Oceanus stehen Figuren, die die Gesundheit und die Fruchtbarkeit darstellen. Darüber befindet sich jeweils ein Relief. Rechts zeigt eine Jungfrau (lateinisch = Virgo, daher der Name Aqua Virgo) Soldaten Agrippas die Quelle in den Sabiner Bergen. Links befiehlt Agrippa den Bau des Aquädukts. Auf dem Architrav stehen vier Figuren, die als Allegorien von rechts nach links die satten Wiesen, die Gaben des Herbstes, die Fruchtbarkeit der Felder und die Fülle der Früchte darstellen. Die Inschriften huldigen den am Bau beteiligten Päpsten. Bekrönt wird die Brunnenanlage mit dem Wappen Clemens XII.