Первый храм, посвящённый апостолам Петру и Павлу, был возведён в период строительства Павловской крепости, с 1777 по 1779 годы. Деревянная церковь располагалась в центре крепости и была окружена каменной оградой. С течением времени необходимость в более просторном и долговечном здании стала очевидной.
В 1853 году на месте прежней деревянной церкви был построен новый каменный храм. Его купола были видны из соседнего города Георгиевска, а колокольный звон разносился на многие вёрсты, благодаря звоннице высотой 51 метр. Однако с ростом населения станицы Новопавловской этот храм стал тесен для прихожан.
В 1911 году, по инициативе настоятеля церкви священника Иоакима Булгакова, было принято решение о строительстве нового, более просторного каменного храма. Строительство сопровождалось значительными трудностями, включая судебные разбирательства с подрядчиком, однако усилиями строительного комитета во главе с о. Булгаковым, храм был успешно завершён. 24 ноября 1916 года епископ Фаддей (Успенский) совершил его торжественное освящение при большом стечении верующих из окрестных станиц. Новый храм поражал своими размерами и архитектурным исполнением в русском стиле.
В 1937 году, в период антирелигиозной политики советской власти, храм был разрушен. На его месте был построен кинотеатр "Россия", который впоследствии сгорел.
В 1999 году, по инициативе главы города Новопавловска В.Ф. Кузнецова и при поддержке прихожан, началось восстановление храма на его историческом месте. Осенью 2007 года был совершён чин закладки камня и освящения места для возрождаемого храма. 25 ноября 2012 года в восстановленном храме была проведена первая регулярная воскресная Божественная литургия.
С сентября 2015 года при храме действует воскресная школа во имя священномученика Фаддея, архиепископа Тверского. В храме также хранится ковчег с частицей его мощей.
В 2024 году, при поддержке местных предпринимателей, фермеров и жителей, было начато строительство нового собора на месте разрушенного храма. К октябрю 2024 года возведён первый ярус собора, предполагаемая высота которого составит более 30 метров. Параллельно со строительством храма, Новопавловский историко-краеведческий музей ведёт сбор материалов.
