Das Gebiet Dreiheiligen war einst die Kohlstatt, ein Gewerbegebiet mit Mühlen, Schmieden, Köhlereien zur Herstellung von Holzkohle, einer Bierbrauerei und einer landesfürstlichen Schmelzhütte. Baulich beinah unverändert geblieben ist das imposante Zeughaus, unter Kaiser Maximilian I. als Waffenlager errichtet. Heute ist es Museum mit Sammlungen zur Kulturgeschichte Tirols und im Sommer bereits seit vielen Jahren Veranstaltungsort des “Open Air Kinos“.
Eine weitere bauliche Besonderheit ist die heute profane Siebenkapellenkirche, die ihr Vorbild in der Grabeskirche in Jerusalem hat. Nach einer großen Pestepidemie im 17. Jahrhundert, während der sich in der damaligen Kohlstatt ein Lazarett für die Pestkranken befand, wurde die Dreiheiligenkirche zu Ehren der drei Pestheiligen Sebastian, Pirmin und Rochus gebaut. Von dieser Kirche erhielt der Stadtteil seinen heutigen Namen.
Dreiheiligen hat sich im ausgehenden 19. Jahrhundert zum beliebten Wohnviertel entwickelt, wovon die vielen Gründerzeithäuser zeugen. Viele Kulturbetriebe, wie die Kulturbäckerei Mölk, das Z6 und die viel besuchte Bogenmeile, sind dort angesiedelt und beleben den Stadtteil zusätzlich.