Собор святых Первоверховных апостолов Петра и Павла в крепости Санкт-Петербург был построен по инициативе Петра Великого, по проекту швейцарского архитектора на русской службе Доменико Трезини и освящён в 1733 году. Основанием города 16 (27) мая 1703 года считается закладка крепости. Есть две версии начала её строительства – от Государева бастиона или от Петропавловского собора. Первоначально храм был деревянным, затем заложен и построен каменный (прежний деревянный перенесён на Петроградскую сторону и освящён как Матвеевская церковь). До завершения его строительства городским собором был Троицкий-Петровский храм на Троицкой площади, затем – сам Петропавловский собор. С момента возникновения Санкт-Петербургской епархии в 1742 году храм был кафедральным собором. Этого статуса он никогда официально не был лишён, даже и тогда, когда de facto в XIX веке митрополичья кафедра была уже в Казанском соборе (в 90-е годы ХХ столетия Патриаршим указом Казанский собор обрёл свой канонический статус кафедрального храма Петербургской епархии).
Петропавловский собор сразу стал также усыпальницей Российского Императорского Дома – ещё до завершения строительства под колокольней были захоронены родственники царской семьи, в том числе – цесаревич Алексей Петрович. Кроме Петра Второго (погребён в Архангельском соборе Кремля) и Николая Второго (останки уничтожены большевиками), здесь обрели последнее упокоение все Российские Императоры, их августейшие супруги и большая часть особ Великокняжеского достоинства. Для продолжения захоронений в начале ХХ века по проекту Д. И. Гримма и Л. Н. Бенуа к северо-востоку от храма построена Великокняжеская усыпальница – она же есть придел св. Благоверного Великого князя Александра Невского. Наряду с главным Петропавловским Престолом (с заложенным под него фрагментом мощей Апостола Андрея Первозванного) и Престолом в приделе св. Великомученицы Екатерины в юго-зпападном углу собора, новая усыпальница получила третий Престол храма.
В советское время после закрытия храма алтари обоих пределов были уничтожены, главный Престол также был осквернён, а в 1998 году в Екатерининском приделе разместили захоронение так называемых "екатеринбургских останков" как якобы останков большей части семьи св. Страстотерпца Николая Второго и убиенных с ними приближённых, подлинность чего Церковью не признаётся по причине исторического анализа событий и результатов многочисленных научных экспертиз (этот придел несколько обособлен, что большей частью легко устраняет возможные противоречия с немногочисленными почитателями этих могил).
В храмовй комплекс входят здания собора, Великокняжеской Усыпальницы с Царскими комнатами вдоль галереи и примыкающий Церковный дом (Петропавловская крепость, дом 7). В дореволюционное время за этим комплексам зданий совместно следили: Ведомство Придворного Духовенства, Военное ведомство, Министерство Императорского Двора. В соборе и усыпальнице совершались регулярные богослужения не только на основе церковного календаря, но и в памятные дни Российского Императорского Дома, с частыми архиерейскими службами. Настоятель собора в сане протопресвитера, возглавлявшего Придворное духовенство, мог быть и духовником царской семьи.
Роль собора c его 122-метровой колокольней, увенчанной ангелом-флюгером, в архитектуре города трудно переоценить (даже при сегодняшней неграмотно организованной подсветке в вечернее время).В XVIII в. по причине пожара собор утратил колокольню, восстановленную в екатерининское время, в XIX она реконструирована по проекту инженера Журавского. В интерьере храма находится уникальный иконостас, выполненный по проекту архитектора Ивана Зарудного, с иконами мастера Андрея Меркурьева "со товарищи". Реставрация иконостаса ведётся в последние два десятилетия с разной степенью активности.
С пятидесятых годов ХХ века собор находится в ведении Государственного музея истории Ленинграда (теперь – Санкт-Петербурга). Сложность в том, что музей – городской, но здания собрного комплеса имеют федеральный статус. В храме проводятся экскурсии с чрезвычайной интенсивностью. Все попытки С.-Петербургской епархии договориться о начале регулярного богослужения (даже при сохранении музейного статуса за храмом) пока не увенчались успехом. Первый зарегистрированный в начале 90-х годов приход был в конце концов аннулирован после совершения нескольких служб в усыпальнице и на паперти собора (не в основном объёме храма). Тогда храм опекал настоятель Князь-Владимирского собора протоиерей Павел Красноцветов. Во второй половине 90-х храм имел настоятеля протоиерея Бориса Глебова, приезжавшего 12 июля на храмовый праздник для совершения Литургии – уже в самом соборе, первая архиерейская всенощная и Литургия были совершены здесь Митрополитом Владимиром в Рождество 1999 года. Параллельно в дни памяти императоров в храм приходили совершать панихиды представители монархических организаций во главе с протоиереем Алексием Масюком. Ныне существующий приход благословлён Правящим Архиереем с 2001 года, настоятель собора – игумен Александр (Фёдоров), председатель Приходского совета – Б. А. Алмазов. Богослужение проходит в Престольный праздник (полное) – кроме 2006 года (из-за ремонта алтаря), по возможности – на Рождество и Пасху молебны или Великие вечерни, а также в памятные дни – панихиды и молебны. С 1992 года возобновились захоронения представителей Дома Романовых (первый – Великий князь Владимир Кириллович, последняя – вдовствующая Императрица Мария Феодоровна в 2006 году).
