В XIV веке на месте нынешнего храма находился митрополичий двор, где располагались резиденции московских митрополитов. В 1450 году при митрополите Ионе была построена первая каменная палата, ставшая частью комплекса митрополичьего двора. В последующие годы территория двора расширялась и застраивалась новыми сооружениями.
В 1566–1568 годах на территории митрополичьего двора была возведена церковь преподобных Зосимы и Савватия Соловецких с приделом апостола Филиппа. Этот храм стал домовой церковью московских митрополитов и патриархов. В 1589 году, после учреждения патриаршества в России, митрополичий двор получил статус патриаршего.
В 1653 году патриарх Никон инициировал масштабную реконструкцию Патриаршего двора. Старая церковь была разобрана, и на её месте началось строительство нового храма. Работы велись под руководством русских зодчих Антипа Константинова и Бажена Огурцова. К 1656 году строительство было завершено, и храм был освящён во имя апостола Филиппа. Однако окончательное освящение во имя Двенадцати апостолов состоялось 13 сентября 1681 года при патриархе Иоакиме.
Архитектурно храм представляет собой пятиглавый собор, возведённый на высоких проездных арках, что придаёт ему монументальность. Он гармонично сочетается с Патриаршими палатами, образуя единый комплекс. Фасады украшены пилястрами и декоративными элементами, характерными для русской архитектуры XVII века. Внутреннее убранство храма включает резной иконостас конца XVII века, перенесённый в 1929 году из разрушенного собора Вознесенского монастыря.
После упразднения патриаршества в 1721 году храм перешёл в ведение Святейшего Синода. В 1722 году под руководством архитектора Ивана Петровича Зарудного были проведены работы по разделению внутреннего пространства церкви на два этажа; в верхнем разместили патриаршую библиотеку. В последующие годы храм неоднократно перестраивался, а с середины XVIII века в его стенах находилась мироваренная палата, где варилось святое миро для помазания на царство российских монархов и освящения церквей.
В 1917 году, во время артиллерийского обстрела Кремля, храм Двенадцати апостолов и прилегающие постройки серьёзно пострадали. Были разрушены фрески, повреждён иконостас, уничтожены многие ценности. В 1918 году храм был закрыт для богослужений и включён в состав музеев Московского Кремля. В 1920-х годах началась реставрация здания, в ходе которой были раскрыты первоначальные архитектурные элементы, заложенные в конце XVII века. В 1961 году в Патриаршем дворце была открыта музейная экспозиция, посвящённая прикладному искусству и быту России XVII века.
