Seurakunnan historia ulottuu 1400-luvulle, jolloin rakennettiin Vanajan harmaakivikirkko ja perustettiin samanniminen seurakunta. Hämeenlinnan seurakunta erkani Vanajasta kaupungin perustamisen jälkeen vuonna 1639. Tämän jälkeen kaupunkiseurakunnan jumalanpalveluksia vietettiin aluksi Hämeen linnan Kukkotornin kirkkosalissa, mutta linnassa sattuneen tulipalon jälkeen rakennettiin kaupunkiin ensimmäinen oma kirkko, joka valmistui todennäköisesti 1666 linnan pohjoispuolelle vanhankaupungin alueelle. Uusi ristikirkko valmistui 1739 vanhan lähistölle ja säilyi käytössä kaupungin siirron 1778 jälkeenkin nykyisen pääkirkon valmistumiseen saakka 1798.[3]
Vuonna 1778 Vanajan seurakunnan alueen pohjoisosa erotettiin Hämeenlinnan maaseurakunnaksi. Sillä ei kuitenkaan ollut omaa kirkkoa, vaan seurakuntalaiset käyttivät Hämeenlinnan pääkirkkoa.[4] Kun Suomen maaseudulle vuonna 1865 annetun asetuksen mukaan perustettiin seurakunnista erillinen kunnallishallinto, Vanajan kunta erotettiin seurakunnasta. Samalla myös Hämeenlinnan maaseurakunnan alueesta muodostettiin Hämeenlinnan maalaiskunta.
Vuonna 1948 Hämeenlinnan maalaiskunta liitettiin kaupunkiin, ja samalla myös maaseurakunta yhdistettiin Hämeenlinnan kaupunkiseurakuntaan. Vuonna 1967 myös Vanajan kunta liitettiin Hämeenlinnaan, mutta seurakunnat jatkoivat itsenäisinä vuoteen 2003, jolloin ne muodostivat yhdessä Hämeenlinna-Vanajan seurakunnan. Kun viisi naapurikuntaa liittyi Hämeenlinnaan vuonna 2009, muodostettiin koko nykyisen Hämeenlinnan alueen kattava Hämeenlinnan seurakuntayhtymä, johon Lammin, Tuuloksen, Hauhon ja Kalvolan ja Rengon seurakunnat liittyivät. Rengon seurakunta liittyi osaksi Hämeenlinna-Vanajan seurakuntaa vuonna 2011[5] ja Kalvolan seurakunta vuonna 2023[6].
Hätilän kirkko suljettiin kokonaan toistaiseksi korjaamista vaativan kosteusvaurion takia syksyllä 2014.[8] Loppuvuodesta 2018 ilmoitettiin, että kirkko on tarkoitus remontoida ja avata jälleen käyttöön vuoden 2019 aikana.[9]
Hämeenlinnan kirkon urut ovat 36-äänikertaiset, Vanajan kirkon urut ovat 15-äänikertaiset, Hätilän kirkon urut ovat 12-äänikertaiset, Poltinahon seurakuntatalon urut ovat 16-äänikertaiset, Ahveniston kappelin urut ovat 9-äänikertaiset ja Vuorentaan kappelin kahdet urut ovat molemmat 9-äänikertaiset.
Hämeenlinnan-Vanajan seurakunnan kirkkoherra on pastori Kimmo Reinikainen. Reinikaisen lisäksi pappeja on seurakunnassa 14. Seurakunnan johtavana kanttorina toimii Heikki Seppänen. Seppäsen lisäksi seurakunnassa on viisi muuta kanttoria, jotka vastaavat seurakunnan monipuolisesta musiikkityöstä muun muassa 14 kuoron, puhallinorkesterin, perhemuskarin ja seurakunnan monipuolisten soittimien voimin.[10]
↑K. O. Lindeqvist: Hämeenlinnan kaupungin historia. II osa. Kaupungin historia Ruotsin vallan aikana. Karisto, Hämeenlinna 1926.
↑Rytkönen, Raili: ”Vanaja ja Hämeenlinnan maaseurakunta”, Vanajan historia 2 : Vanajan ja Hämeenlinnan maaseurakunnan historia uuden ajan alusta kunnallishallinnon alkuun 1868, s. 297. Hämeenlinnan kaupunki, 1992. ISBN 952-9509-03-0
↑Salonen, Viki: Hätilän kirkko aiotaan remontoida ja ottaa taas käyttöön – ovet auki ehkä jo ensi vuoden aikana. Hämeen Sanomat, 13.12.2018. Artikkelin verkkoversio.