Храм святых первоверховных апостолов Петра и Павла в Ярославле был заложен в 1736 году по инициативе купца Ивана Максимовича Затрапезнова, основателя Ярославской Большой мануфактуры. Строительство велось на территории полотняной фабрики, упраздненной в 1856 году, у старых фабричных ворот, на месте прежней деревянной часовни. Архитектурный облик храма создан под влиянием петровского барокко, с ориентацией на Петропавловский собор Санкт-Петербурга, возведенный Доменико Трезини.
Церковь представляет собой двухэтажное кирпичное здание. Нижний теплый храм освящен в 1742 году во имя Симеона Богоприимца и Анны Пророчицы. В нем находилась усыпальница рода Затрапезновых. Верхний холодный храм, посвященный апостолам Петру и Павла, был достроен и освящен в 1744 году митрополитом Ростовским Арсением. Колокольня со шпилем достигает высоты 58 метров, на ней были установлены часы.
В 1835 году в нижнем храме устроены приделы: Покрова Пресвятой Богородицы (справа от алтаря) и преподобного Саввы Освященного (слева). В 1880-х годах проведены масштабные работы по обновлению интерьеров: стены расписаны под мрамор, установлены новые иконостасы, заменены полы на чугунные, деревянная лестница на второй этаж заменена мраморной.
При храме действовали богадельня (с 1871 года), начальная школа, больница и церковно-приходское попечительство, содержавшиеся на средства владельцев мануфактуры. В конце XVIII века приход насчитывал более 2700 человек, к началу XX века - около 1000 прихожан.
В 1929 году храм был закрыт советской властью. Помещения использовались как клуб, кинотеатр, а в 1960-х годах - для проведения комсомольских дискотек. В 1997 году здание возвращено Русской Православной Церкви. Богослужения возобновлены 4 декабря 1999 года. С 2000-х годов ведутся реставрационные работы: восстановлен шпиль, кровля, фасады, проводятся работы по ремонту внутренних конструкций.