Построен в 1712-1733 годах по проекту архитектора Д. Трезини, освящен 29 июня 1733 года. Памятник архитектуры петровского барокко, мемориал русской воинской славы XVIII века, усыпальница Российского Императорского дома, первый кафедральный собор Санкт-Петербурга.

Во внешнем и внутреннем облике храма просматриваются западные прототипы. Многоярусная колокольня собора с позолоченным шпилем, увенчанным крестом и фигурой летящего Ангела, с петровских времен стала доминантой невской панорамы.

Высота колокольни — 122,5 метра. Уникальный резной золоченый иконостас Петропавловского собора изготовлен в Москве в 1722-1726 годах под руководством И. П. Зарудного.
Всего в настоящее время в Петропавловском соборе покоятся останки 50 человек, из них 46 — представители династии Романовых.