История устройства церкви связана с основанием Петропавловской крепости, где в 1703 году был построен и освящен деревянный Петропавловский собор. Храм простоял в крепости до 1719 года. После возведения нового каменного собора, деревянная церковь перенесена в солдатские слободы и освящена в 1720 году как церковь Святого Апостола Матфея.

В 1806 году церковь разобрана за ветхостью. Престол с иконостасом перенесены в церковь Покрова Пресвятой Богородицы (построена в 1800 году рядом с Матфеевской по проекту архитектора Миллера Л.И.; каменная), где был устроен придел во имя Святого Апостола Матфея.

В этом же году церковь Покрова Пресвятой Богородицы «по резолюции Высокопреосвященного Амвросия, митрополита Новгородского и С.-Петербургского в память о старинной Матфеевской церкви» переименована в церковь Святого Апостола Матфея.

Отремонтирована в 1824, 1842, 1862-1863, 1884, 1889-1890, 1899, 1910 годах.

С 1910 г. при храме действовало Братство ревнителей православия во имя Распятого Христа во главе с известным миссионером Д.И.Боголюбовым, а с 1914 г. – Миссионерское братство Воскресения Христова. Имелось также Благотворительное общество, которое содержало Женскую богадельню и приют.

Декретом СНК от 23 января 1918 года «Об отделении церкви от государства и школы от церкви» церковь была лишена прав юридического лица, а имущество ее подлежало национализации.

В 1923 году получила статус собора. Закрыта в 1932 году.

Указы Петроградской духовной консистории (1806, 1808, 1916-1917 гг.); документы о проведении строительных и ремонтных работ при церкви (1825, 1865, 1892-1897 гг.); журналы заседаний Строительной комиссии по перестройке церкви; сметы на строительные работы (1865-1866 гг.); приходно-расходные книги (1809-1839 гг.) и ведомости (1917 г.); клировые ведомости (1872-1875, 1884-1892, 1896-1897, 1901-1907 гг.); метрические книги (1732-1734, 1763, 1773-1774, 1794-1817, 1823-1826, 1885-1893, 1917-1925 гг.); книги записи крестившихся (1932 г.); книги брачных обысков (1792, 1802-1835 гг); брачные документы разных лиц (1797-1824, 1867-1868 гг.); ревизские сказки причта церкви (1837-1855 гг.); ревизские сказки причта церкви (1837-1855 гг.); переписка о переходе в православную веру лиц других исповеданий (1806-1825 гг.); о приведении к присяге крестьян (1840-1863 гг.); об отдаче в аренду церковной земли (1863-1907 гг.); домовые книги (1841-1850; 1895-1903 гг.) и др.