Первые упоминания о храме в селе Петровское (ныне Новопетровское) относятся к началу XVI века. В 1511 году вдова князя Даниила Дмитриевича Холмского княгиня Василиса передала село с находившейся в нём церковью Поклонения честных вериг святого апостола Петра Троице-Сергиеву монастырю. Храм упоминается в писцовых книгах Московского государства конца XVI века как деревянная церковь, принадлежавшая монастырю.
В Смутное время начала XVII века храм был уничтожен. В 1697 году построена новая деревянная церковь, которой 2 марта того же года был выдан антиминс. В 1737 году по указу Синодального Дворцового Приказа освящена новопостроенная церковь святых апостолов Петра и Павла.
В 1830 году крестьяне села Петровское через поверенного Капитона Меркулова обратились в Московскую Духовную Консисторию с прошением о строительстве каменного храма. Разрешение получено в 1834 году. Строительство велось с 1834 по 1843 год на средства прихожан. Храм возведён в стиле классицизма с элементами русского стиля в оформлении трапезной.
13 июня 1844 года освящён придельный храм во имя апостолов Петра и Павла в трапезной части. Главный храм освящён в июне 1847 года. В 1862 году при храме открыто сельское приходское училище.
В 1922 году из храма изъяты церковные ценности. В конце 1933 года храм закрыт и перестроен под кинотеатр. Здание возвращено Русской Православной Церкви в 1992 году, богослужения возобновлены в 1993 году. В настоящее время в храме проводятся реставрационные работы.