В 1702 году по указу императора Петра I основана Олонецкая судостроительной верфь на р. Свирь. В том же году в поселении Лодейное Поле при верфи устроена деревянная церковь во имя Св. апостолов Петра и Павла. В 1767 году на средства прихожан и Олонецкой верфи перестроена. Входила в состав Олонецкой епархии, получившей самостоятельный статус на основании высочайше утвержденного 22 мая 1828 г. доклада Святейшего Синода «О штате Олонецкого архиерейского дома». Сгорела в 1851 году.

Именным указом Екатерины II генерал-губернатору Олонецкому и Архангельскому Т.И.Тутолмину от 16 мая 1785 г. поселению при Олонецкой казенной верфи пожалован статус города и административного центра Лодейнопольского уезда.

В 1843–1847 гг. поблизости от существовавшей деревянной ветхой церкви на средства прихожан и церковные суммы по проекту А.П.Брюллова построена новая кирпичная церковь. Возведена в стиле позднего классицизма, прямоугольная в плане с куполом над центральной частью и колокольней под шпилем над западным притвором. Главный придел освящен во имя Святых апостолов Петра и Павла, боковые – Тихвинской иконы Божией Матери и Трех Святителей. Приделы устроены на средства лодейнопольского 2-й гильдии купца Г.И.Дудникова.

В 1875 году церкви присвоен статус собора. Капитально ремонтировался в 1900, 1908 и 1910 гг. Церковно-приходского попечительства при соборе не было. В 1914 году при соборе открыт попечительный совет о семьях запасных нижних чинов и ратников государственного ополчения. Протоиерей собора являлся благочинным 1-го благочинного округа Лодейнопольского уезда (после 1917 года – 9-й благочинный округ Олонецкой епархии).

Декретом СНК от 23 января 1918 г. «Об отделении церкви от государства и школы от церкви» собор лишен прав юридического лица, его имущество подлежало национализации. С 1922 года принадлежал обновленцам. Закрыт в 1932 году.

Высочайшие манифесты (1845; 1854–1856;1865; 1875–1877 гг.), указы Олонецкого духовного правления (1821–1844 гг.) и Олонецкой духовной консистории (1831–1832; 1853–1877; 1907–1918 гг.), Олонецкого епархиального совета (1919–1923 гг.); книга регистрации указов Олонецкой духовной консистории (1833–1840 гг.).

Метрические книги (1832; 1844 гг.); исповедные ведомости (1821–1832; 1855–1858 гг.); клировые ведомости (1829–1832; 1834–1835; 1840–1842; 1845; 1847; 1849–1853; 1855–1856; 1902 гг.); книги брачных обысков (1796; 1799; 1802–1806; 1813–1841 гг.) и брачные документы разных лиц (1796; 1824–1847 гг.); дневники богослужений (1852–1857; 1863–1874 гг.); ревизские сказки о священноцерковнослужителях (1833–1834 гг.).

Описи церковного имущества (1830; 1831; 1848; 1852–1866 гг.); приходо-расходные книги (1799–1858; 1916–1921 гг.) и ведомости (1820–1829 гг.); книги записи доходов, полученных причтом за совершение треб (1829; 1833–1839; 1863–1874 гг.); тетради учета исходящих документов (1842–1845 гг.) и др.

Имеются документы о деятельности Лодейнопольского уездного отделения Александро-Свирского братства (1912–1914 гг.) и о деятельности церквей, подведомственных благочинному и протоиерею собора А.И. Даманскому (1902–1923 гг.).