29 июня 1730 года, в день памяти святых апостолов Петра и Павла, игумен Филипп заложил деревянную церковь в их честь. Строительство было завершено в 1731 году, и храм был освящен в том же году. Этот храм стал первым постоянным местом богослужения для жителей Полевского завода.
К середине XVIII века деревянное здание обветшало, и было принято решение о строительстве каменного храма. В 1772 году были приглашены каменщики из Устюга и Соликамска для возведения нового здания. Однако из-за неблагоприятных грунтов строительство было приостановлено, и незавершенное здание разобрано.
6 июля 1786 года была заложена новая каменная церковь во имя святых апостолов Петра и Павла. Строительство продолжалось под руководством вдовы управляющего заводами Алексея Федоровича Турчанинова — Филанцаты Степановны. В 1793 году храм был завершен и освящен игуменом Гедеоном, настоятелем Троицкого Рафайлова монастыря.
К 1830-м годам возникла необходимость в расширении храма из-за увеличения числа прихожан. Был приглашен архитектор Малахов, который после обследования здания составил проект и смету на реконструкцию. В 1848 году храмовая крыша была покрыта новым железом. В 1857 году церковным старостой был избран купец Ферапонт Зубов, который внес значительный вклад в благоустройство храма и приобретение церковного дома для священнослужителей.
В 1941 году, во время Великой Отечественной войны, храм был закрыт, и его здание использовалось для размещения эвакуированного из Москвы завода «Красный металлист». С 1961 года и до конца 1980-х годов в здании находился автовокзал. В 1990-е годы здание было возвращено Русской Православной Церкви и восстановлено для проведения богослужений.
6 января 2009 года была завершена реставрация колокольни храма: основание купола покрыто листами нитрида титана, а шпиль облицован листами железа изумрудно-зеленого цвета. В апреле 2011 года завершена роспись центрального придела храма, включая композицию «Страшный Суд». 1 июля 2011 года при храме открылась иконописная мастерская.
