Петропавловский собор возведён в 1712—1733 годах архитектором Доменико Трезини на месте одноимённой деревянной церкви.
Автор панорамы — Serg-Sergeew
Трёхъярусная колокольня Петропавловского собора высотой 122,5 метра, увенчанная золочёным шпилем с фигурой летящего ангела, является высотной доминантой и символом города. Шпиль колокольни водружён голландским мастером Г. ван Болесом. Зального типа здание внутри разделено пилонами на три нефа и по стенам украшено раскрепованными пилястрами. В интерьере помещены копии трофейных знамён (подлинники находятся в Эрмитаже).
Позолоченный резной иконостас исполнен в 1722—1726 году в Москве
Лепной декор выполнили И. Росси и А. Квадри, росписи — Г. Гзель, В. Ярошевский, М. А. Захаров и другие
В 1756—1757 годах Петропавловский собор был восстановлен после пожара; на колокольне в 1776 году смонтированы куранты мастера Б. Оорта Краса из Голландии. В 1773 году освящён придел святой Екатерины. Повреждённую фигуру ангела в 1829 году отремонтировал Пётр Телушкин, поднявшийся наверх без лесов.
В 1857—1858 годах деревянные конструкции шпиля были заменены металлическими. Основной задачей была замена деревянных стропил на металлические на колокольне собора. Архитектор Журавский предложил построить конструкцию в виде восьмигранной усечённой правильной пирамиды, связанной кольцами; он же разработал метод расчёта конструкции.
В 1864—1866 годах прежние Царские врата заменены новыми, выполненными из бронзы (архитектор А. И. Кракау); в 1875—1877 годах Д. Больдини написал новые плафоны; в 1905 году были повешены новые колокола.
Верхушка Царских врат (автор — Joonas Lyytinen) и общий вид
В 1919 году Петропавловский собор закрыт, а в 1924 году превращён в музей; большинство ценных предметов конца XVII — начала XVIII веков отдано в другие музеи.
В Великую Отечественную войну 1941—1945 годов Петропавловский собор пострадал, в 1952 году отреставрированы фасады, в 1956—1957 годах — интерьеры. В 1954 году здание передано Музею истории города. С 1990-х годов в Петропавловском соборе регулярно проходят панихиды по российским императорам, с 2000 года — богослужения, с Рождества 2008 службы проводятся регулярно. В 2008 году в соборе было проведено первое после 1917 года пасхальное богослужение. В настоящее время настоятелем храма служит игумен Александр, являющийся также представителем Санкт-Петербургской епархии по архитектурно-художественным вопросам.
На колокольне собора Петра и Павла установлен карильон. Периодически в Петропавловской крепости проходят концерты карильонной музыки.
Во времена Петра I место погребения лиц, принадлежавших к царской фамилии, не было окончательно определено. Царских родственников хоронили в Благовещенской усыпальнице. В недостроенном Петропавловском соборе в 1715 году похоронили двухлетнюю дочь Петра I и Екатерины Наталью, а под колокольней — супругу царевича Алексея Петровича принцессу Шарлотту Христину Софию Брауншвейг-Вольфенбюттельскую. Там же в 1718 году предали земле останки самого царевича. В 1716 году у входа в собор похоронена Марфа Матвеевна, вдова царя Фёдора Алексеевича.
После смерти Петра I гроб с его телом был помещён во временной часовне внутри строившегося собора. Погребение состоялось лишь 29 мая 1731 года. В дальнейшем в усыпальнице были похоронены все императоры и императрицы до Александра III включительно, за исключением умершего в Москве в 1730 году Петра II и убитого в Шлиссельбурге в 1764 Ивана VI. Всего в усыпальнице находилось 41 захоронение, в том числе ряда великих князей и княжон — детей и внуков императоров. В 1865 году все надгробия заменены однотипными беломраморными саркофагами с бронзовыми позолоченными крестами. Императорские саркофаги украшены двуглавыми орлами. Два саркофага изготовлены на Петергофской гранильной фабрике в 1887—1906 году: Александра II (из зелёной яшмы) и его супруги Марии Александровны (из розового орлеца).
17 июня 1998 года в Екатерининском приделе, в юго-западной части собора, преданы земле останки, по заключению Государственной комиссии принадлежащие императору Николаю II, императрице Александре Фёдоровне, цесаревичу Алексею, великим княжнам Татьяне, Марии, Ольге и Анастасии, убитых в Екатеринбурге в 1918 году. Эти останки не были признаны Русской православной церковью. Вместе с ними погребены лейб-медик Е. С. Боткин, лакей А. Е. Трупп, повар И. М. Харитонов, горничная А. С. Демидова.
Собор в тумане (автор — aoristos)
