В 1892 году протопресвитер придворного духовенства И.Л. Янышев обратился к императору Александру III с просьбой о строительстве в г. Петергофе собора в связи с отсутствием в нем общедоступного храма, способного вместить большое число прихожан. Александр III лично определил место постройки храма – на берегу Царицына (Ольгина) пруда и назначил для подготовки проекта архитекторов Л.Н. Бенуа, Н.И. де Рошефора, А.И. Семенова и Н.В. Султанова. По итогам представленных проектов в 1893 году утвержден проект архитектора Н.В. Султанова. Храм заложен в 1895 году. Работами руководил архитектор В.А. Косяков. Строительство велось на средства Министерства императорского двора. Построен и освящен в 1905 году. Причислен к Придворному ведомству.

Собор в неорусском стиле, пятиглавый, в форме пирамиды. Возведен из темно-красного и светло-желтого кирпича. В качестве украшений использованы колонки из песчаника и ярких плиток. На фасадах расположены иконы с ликами святых – покровителей царской семьи. Собор окружает крытая галерея. Одна из особенностей храма – 4 входа с лестницами и при каждом из них сени для верхней одежды. К главному входу примыкает шатровая звонница, часовня и 2 крыльца. Под куполом храма – смотровая площадка. Главный придел – во имя Свв. апп. Петра и Павла; левый – во имя Св. благоверного кн. Александра Невского; правый – во имя Ксении Римлянки. При соборе построены здания церковно-приходской школы, котельной и электростанции. С 1917 года собор стал приходским.

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. Закрыт в 1938 году.

Приходо-расходные книги собора за 1906–1917 годы.

Имеется главная церковная и ризничная опись церкви Свв. апп. Петра и Павла в Петергофе (1868 г.).