Станица Петровская была образована в 1849 году путем слияния станиц Левыкинской и Бесплемяновской. Станица Левыкинская впервые упоминается в списках станиц, чьи казаки были ранены под Азовом в 1696 году, а станица Бесплемяновская — в 1687 году. Казаки первоначально проживали на правом берегу реки Хопер у озера Ильмень. Однако из-за сыпучих песков, переносимых ветрами, станица Левыкинская была перенесена вверх по реке Каменке.
В 1793 году в станице Бесплемяновской была построена деревянная церковь во имя Архангела Михаила. В 1881 году на её месте был возведен каменный храм, ставший центром духовной жизни станицы Петровской. Вокруг храма была установлена деревянная ограда с каменным фундаментом. При храме функционировало приходское училище, способствовавшее образовательному развитию местного населения.
После революционных событий 1917 года и установления советской власти многие религиозные учреждения подверглись закрытию или перепрофилированию. Точные данные о судьбе храма Архангела Михаила в этот период отсутствуют, однако известно, что в советское время здание храма было частично разрушено. Впоследствии в здании был организован молитвенный дом, продолжающий функционировать и в настоящее время.