Петропавловский собор является самым старым петербургским храмом. Его начали строить 12 июля 1703 года в день святых апостолов Петра и Павла на территории только что заложенной крепости. Освящение первой деревянной Петропавловской церкви состоялось 1 апреля 1704 года [2, с. 20]. 14 мая здесь провели праздничную службу в честь победы фельдмаршала Б. П. Шереметьева наш шведскими судами на Чудском озере.
Стены церкви снаружи раскрасили под жёлтый мрамор. Храм был увенчан шпилем. Первое его графическое изображение относится к 1705 году (гравюра Ф. Н. Никитина). Первое описание появилось в 1710 году:
8 июня 1712 Доменико Трезини был заложен новый большой каменный храм. Строительство началось только в мае 1714 года. Стены храма стали возводить прямо вокруг старой деревянной церкви, которую в 1719 году разобрали и перенесли на Городовой остров, поставив её на каменный фундамент. Там её назвали храмом Апостола Матфея. Позже эта церковь также была перестроена в камне и простояла до Великой Отечественной войны.
В первую очередь несколько сотен человек выкопали глубокие рвы, выложили фундамент. Петропавловский собор поставили на ленточный фундамент глубиной два метра, что необычно, так как гораздо чаще тогда применяли фундамент на сваях. Каменные стены Петропавловского собора начали строить с колокольни, так повелел Пётр I. Она была необходима в то время как смотровая площадка, откуда бы можно было увидеть приближение шведских войск. 24 января 1715 года Пётр I требовал "колокольню, которая в городе, как возможно скорее отделать, дабы в будущем 716 году возможно на оной часы поставить, а церковь делать исподволь".
Во время путешествия по Европе Пётр I обратил внимание на часы-куранты имевшиеся на некоторых европейских храмах. Такие же Пётр захотел иметь и в России, были закуплены трое курантов, одни из которых были доставлены в Санкт-Петербург. Желание царя видеть часы в деле было так велико, что под его давлением куранты установили ещё на недостроенную колокольню.
Создание шпиля Петропавловского собора началось в зимние месяцы 1717 года, когда началась заготовка стропил. 1 мая Доменико Трезини пригласил для работ над этим сложным инженерным сооружением голландца Германа ван Болеса, который создал проект 25-метрового шпиля и в течение нескольких лет занимался его реализацией. В сентябре 1718 года на шпиль подняли яблоко. В мае 1719 года Канцелярия городовых дел заключила с рижским мастером Ф. Цимерсом договор, согласно которому тот выковал 887 листов из красной меди. В апреле 1721 года - договор с рижскими мастерами И. П. Штейнбейсом и И. В. Эберхардом на золочение этих листов.
Уже при Петре I Петропавловский собор становится усыпальницей для членов царской семьи. В 1715 году здесь похоронена жена царевича Алексея Софью-Шарлотту-Кристину, в 1717 году - сестра Петра I Мария Алексеевна, в 1718 году - царевич Алексей.
В августе 1720 года на колокольне заиграли часы. На неё неоднократно поднимался Пётр I. Он с удовольствием приглашал туда иностранных гостей, коим стал и голштинский камер-юнкер Бергхольц. В своём дневнике он записал:
Запись из того же дневника за 1721 год:
Подъём на 60-метровую высоту всегда был делом сложным. Для упрощения этой процедуры Пётр I задумал соорудить в колокольне лифт, что для того времени было настоящим чудом. Во время посещения Дрездена в 1711 году Пётр I познакомился с придворным механиком саксонского курфюрста Андреасом Гертнером, который в своём доме продемонстрировал царю подъёмник, на которой он поднимался с этажа на этаж. Документы сохранили сведения о том, что в Гостином дворе 17 сентября 1720 года закупалось сукно для подъёмного стула. То есть лифт в колокольне Петропавловского собора действительно мог был создан. Но по неизвестным причинам его либо очень быстро демонтировали, либо вообще никогда не запускали [2, с. 102, 103].
Ещё в мае 1722 года Доменико Трезини предложил установить на вершине колокольни ангела. Архитектор изготовил чертёж, по которому фигуру изготовили крестьянин И. Меньшой и серебряного дела мастер Л. Задубский. Но их работа была признана некачественной, поэтому ангел был переделан Штейнбесом и Эберхардом. Тот ангел отличался от существующего ныне. Он был изготовлен в виде флюгера, фигура ангела держалась двумя руками за ось, в которых поместили поворотные механизмы.
Золочение медных листов было завершено к ноябрю 1723 года. Работы по облицовке шпиля золочёными листами и установке ангела завершились в 1724 году. Высота колокольни от фундамента до вершины креста составила 106 метров.
Петропавловский собор построен по совершенно новым для России того времени принципам. На его архитектурном решении сказалось влияние западных традиций. Стены гораздо менее толстые чем у традиционных русских храмов, большие окна, высокие узкие столбы (пилоны), только один купол (вместо обычного пятиглавия). Этот собор стал примером для всех других церквей до середины XVIII века. Далее по указу Синода храмы снова стали строиться пятиглавыми.
Живопись внутри Петропавловского собора является важной с точки зрения развития русского искусства. До этого стены храмов расписывали совершенно по другому, разрешалось воспроизводить только библейские сюжеты. Здесь же применены в том числе и светские художественные орнаменты. Роспись стен храма принадлежит русским художникам Воробьёву и Негрубову. Плафоны в центральном нефе выполнил Пётр Зыбин.
После смерти Петра I в 1725 году гроб с его набальзамированным телом стоял 6 лет среди стен недостроенного собора. Позже рядом поставили гроб с телом его жены Екатерины. В 1731 году по завершении строительства храма Петра I и Екатерину похоронили у южной стены перед алтарём. Изначально на месте захоронений были только мраморные плиты, без надгробий. Надгробия появились здесь в 1760-х годах. Почти все они одинаковы, выполнены из мраморных белых плит. Надгробия коронованных особ имеют по углам гербы. Два надгробия уникальны, захоронения Александра II и его жены Марии Александровны выполнены из яшмы и орлеца. Они монолитны, весят каждая порядка 5-6 тонн.
Уникален иконостас Петропавловского собора. Он имеет форму триумфальной арки - символ победы России в Северной войне. Выполнен в Москве в 1722-1726 годах в мастерской Ивана Зарудного из дуба и липы. Первоначальный чертёж иконостаса принадлежит Доменико Трезини. Воспроизводили его более 50 рабочих под руководством самого Ивана Зарудного. Мелкие детали уточнялись во время изготовления, поэтому авторство иконостаса приписывается обоим архитекторам. Привезён он из Москвы в 1727 году разобранным, в самом соборе собран и здесь же покрыт позолотой. Ещё два года создавались иконы, которые писали Андрей Меркульев "с товарищи". Часть из этих икон сохранилась до настоящего времени, необычны их формы. В центре иконостаса Петропавловского собора - царские врата со скульптурами апостолов.
В левой части центрального прохода в 1732 году Николасом Проскопом была оборудована кафедра. Она сделана из резного позолочённого дерева. В нижней части кафедры расположены картины, изображающие притчу о сеятеле. Выше расположены фигуры апостолов Петра и Павла, над ними - четыре евангелиста. На самом верху кафедры расположена фигура голубя, символизирующая святой дух.
В правой части центрального прохода расположено царское место. Оно также выполнено из позолоченного резного дерева, обтянуто бархатом. Кресла здесь никогда не было, во время служб царь не садился.
Центральный неф освещают хрустальные люстры конца XVIII века. Ближе к алтарю - подлинная, другие восстановлены после Великой Отечественной войны.
В Петропавловском соборе хранились трофейные знамёна, ключи от городов и крепостей, взятые в войнах со Швецией и Турцией. Сейчас оригиналы флагов находятся в музеях, на стенах размещены их копии.
Освящение завершённого Петропавловского собора состоялось 29 июня 1733 года. Он приобрёл статус кафедрального и был таковым до открытия в 1858 году нового Исаакиевского собора. Он стал самым большим зданием Санкт-Петербурга. Стены храма были окрашены в голубой цвет, пилястры и карниз - в белый, кровля, купола колокольни и алтарный купол - в тёмно-синий.
В таком виде Петропавловский собор простоял до 1756 года. В ночь с 29 на 30 апреля 1756 года в шпиль ударила молния, горящим он упал на крышу собора. Колокольня была тогда полностью утрачена, повреждена крыша, разбит портик при входе, в пожаре расплавились колокола курантов. При пожаре удалось спасти иконостас. Способствовала этому его разборная конструкция, из здания его по частям выносили солдаты князя Голицина.
Уже 31 апреля был издан указ о скорейшем восстановлении Петропавловского собора. Со всех строек в срочном порядке были собраны строители, достаточно быстро восстановили крышу собора. Изначально крыша собора была двухскатной, после реставрации она становится более плоской. Колокольню же восстанавливали 20 лет. Решено было строить её не из дерева, а в камне. Из-за увеличенной при этом массы строения в основание колокольни стали бить сваи. Появилась дополнительная стена, в результате которой образовались дополнительные помещения. Таким образом в Петропавловском соборе возник Екатерининский притвор, ризница, отдельное пространство для лестницы на колокольню. Тогда же на втором ярусе колокольни появились волюты, до 112 метров увеличена высота шпиля, изменена форма барабана купола.
При Петре III средства на восстановление Петропавловского собора не выделялись, при Екатерине II был организован специальный архитектурный конкурс. На конкурс были поданы проекты Фельтена и Чевакинского где предусматривалось коренным образом изменить образ храма. Однако по настоянию Екатерины II его начали восстанавливать по первоначальному проекту Доменико Трезини. Новая деревянная конструкция шпиля была выполнена по проекту Брауера. Возводила его бригада талантливого инженера Еремеева. Инженер этот был замечен в пристрастии к выпивке, поэтому выпустили специальный приказ не выпускать Еремеева за пределы крепости без присмотра. Новый шпиль вырос со 112 метров до 117. Ангела выполнили по первоначальному рисунку.
Новые куранты было предложено выполнить русскому часовому мастеру Миллеру. Работу выполнить он согласился, но отказался подписывать необходимые гарантии. Тогда был объявлен конкурс на котором победил голландский мастер Оорт-Крас. С ним был заключён договор, по которому первая часть гонорара он получал при представлении механизма часов комиссии, вторую же только после установки курантов на колокольню собора. Осенью 1760 года часы привозят в Санкт-Петербург. Оорт-Красу выплачивают первую часть жалования, однако установить их на колокольню не удаётся, так как её собственно ещё не существовало. Механизм пришлось временно разместить на небольшой временной колокольне. Во время ожидания окончания строительства новой колокольни в 1764 году Оорт-Крас умирает. Куранты установили на колокольню Петропавловского собора только в конце 1770-х годов.
Второй ангел шпиля Петропавловского собора погиб во время урагана 1778 года. Сильный ветер сломал фигуру, был повреждён поворотный механизм. Проект третьего ангела выполнил Антонио Ринальди. Он совместил центр тяжести ангела и креста, теперь фигура не "летела" держась двумя руками за крест, а как бы сидела на нём. К тому же ангел перестал выполнять функции флюгера. Он продолжал вращаться под действием ветра, но усилие для этого надо было приложить гораздо большее. Вращение фигуры теперь было необходимо только для уменьшения её парусности.
В конце 1820-х годов сильным порывом ветра у ангела на шпиле оторвало крыло, которое чуть было не упало на коменданта крепости генерала А. Сукина. Исправление поломки требовало сооружения лесов вокруг колокольни, что требовало больших финансовых и временных затрат. Но городским властям свои услуги предложил молодой кровельщик из Ярославской губернии Пётр Телушкин. Он вызвался залезть на шпиль колокольни без лесов и починить ангела. Приобретение нужных для ремонта материалов кровельщик оценил в 1 500 рублей, а величину награды за свою работу оставил на совести заказчика.
Предложение Телушкина обсуждали полтора года. В октябре 1830 года кровельщик исполнил работу, за которой у стен Петропавловской собора наблюдала толпа любопытствующих. Из приспособлений у Телушкина были лишь верёвки с петлями на концах и подвижным узлом. Ремонт ангела занял у него шесть недель. За работу кровельщик получил награду в 3 000 рублей и серебряную медаль "За усердие" на Аннинской ленте.
В середине XIX века появилась необходимость реставрировать шпиль Петропавловского собора. В организованном конкурсе победил инженер Журавский. Новый шпиль создан в 1857-1858 годах века на Урале, на Нивьянском заводе. Шпиль изготовлен из металлического каркаса, обшитого медными позолоченными листами. Высота его составила 47 метров, вес - 56 тонн. Внутри находится лестница на 2/3 высоты, далее - выход наружу, к окончанию шпиля ведут скобы. Общая высота шпиля с крестом и фигурой ангела составила 122,5 метра. Это до сих пор самое высокое архитектурное сооружение в Санкт-Петербурге. Конструкция рассчитана на колебания в горизонтальной плоскости до 90 сантиметров. Заменили фигуру ангела, фигура незначительно изменила свой облик, именно в созданном тогда виде можно видеть ангела по сей день. При замене конструкций шпиля реконструируют и куранты. К часам добавляется минутная стрелка, куранты перенастраиваются на игру двух мелодий ("Коль славен наш Господь" и "Боже царя храни").
Под иконостас в XIX веке для избежания влияния сырости подведено мраморное основание, деревянные врата из-за ветхости заменили, новые выполнили из бронзы.
Когда в Петропавловском соборе для захоронений не осталось места, рядом с храмом к 1908 году построили усыпальницу (по проекту Д. И. Гримма и Л. Н. Бенуа), здания связали коридором. Перед западным входом в 1904-1906 годах установили ограду по образцу ограды Летнего сада. В усыпальнице было решено хоронить только членов императорской семьи, не самих коронованных особ. До начала Первой мировой войны успели перенести 8 захоронений из правого нефа собора. Кроме этого здесь успели похоронить ещё 5 великих князей. Всего в усыпальнице было предусмотрено 30 склепов.
Театральный художник М. А. Григорьев в начале ХХ века вспоминал:
После революции 1917 года Петропавловский собор был признан памятником архитектуры, его убранство сохранилось. После закрытия храма в 1919 году ценности из него были вывезены, здание отдано Музею истории города. Военные трофеи передали в Эрмитаж и другие музеи.
Великокняжеская усыпальница была разграблена, мраморные надгробья разбиты. Долгое время там размещался склад.
В 1930-х годах по инициативе рабочих рассматривался вопрос о замене ангела шпиля колокольни на рубиновую звезду. На этот проект успели составить документы, но из-за начала Великой Отечественной войны эту работу выполнить так и не успели. Во время блокады Ленинграда шпиль Петропавловского собора был закрашен, ангела закрыли мешковиной.
В 1992 году в восстановленной великокняжеской усыпальнице был похоронен член дома Романовых Владимир Кириллович. Очередное погребение в Петропавловском соборе состоялось в 1998 году, когда в Екатерининский предел перенесли останки Николая II и его семьи. Последней здесь была похоронена супруга императора Александра III. Её останки были перенесены сюда из Дании.
