Единственным благотворителем, взявшим на себя все расходы по строительству, являлся самарский купец Андрей Наумович Головачёв.Строительство велось в течение двух строительных сезонов, и 26 сентября 1865 года храм был освящён во имя апостолов Петра и Павла.
В 1866 году при храме была открыта церковно-приходская школа, рассчитанная на 60 мальчиков. В период с 1882 по 1884 годы храм был перестроен на средства купца Василия Андреевича Головачёва, сына и наследника первого мецената, а также других благотворителей. В результате перестройки у храма появились боковые приделы, расположенные возле колокольни и трапезной симметрично друг другу, каждый размером 6 на 17 метров.
3 июня 1884 года правый придел был освящён в честь благоверного князя Александра Невского, в котором был установлен аркообразный трёхъярусный иконостас. В 1898–1899 годах архитектор Александр Александрович Щербачёв значительно увеличил объём боковых приделов за счёт пристроек, а интерьеры храма были обновлены. Мастер И. В. Белоусов выполнил работы по обновлению иконостасов и росписи стен.
К началу XX века после реконструкции Петропавловская церковь из однопрестольной превратилась в трёхпрестольную, с главным алтарём во имя апостолов Петра и Павла, правым приделом в честь Александра Невского и левым — в честь Казанской иконы Божией Матери.
В 1939 году, во время кампании по ликвидации культовых построек, храм был закрыт под предлогом аварийного состояния. Здание использовалось как военный склад, а затем под конюшни. В конце Великой Отечественной войны, в 1946 году, верующие добились возвращения храма. Здание было капитально отремонтировано, заново расписано внутри и оборудовано утварью, уцелевшей от других разрушенных храмов.
