Храм преподобного Петра Афонского в городе Петров Вал был основан в 2006 году. Это первый православный приход на территории города, который был образован в 1942 году. До этого в Петровом Вале не существовало приходов из-за его молодости и небольшого населения.
В 2008 году приход получил временное помещение для молитвенного дома — полуподвальное пространство, ранее использовавшееся как бомбоубежище. Богослужения проводились раз в месяц. Позже приходу было выделено отдельное здание, где начались ремонтные работы.
Строительство храма началось в последующие годы. В 2012 году на здании были установлены два купола с крестами, что стало значимым этапом в его возведении. Освящение куполов и крестов привлекло верующих из Петрова Вала, Камышина и близлежащих населённых пунктов.
В декабре 2023 года в храме пребывала икона Божией Матери «Знамение», привезённая из Феодосийской епархии. Святыня находилась в храме с 16:00 18 декабря до 15:00 19 декабря, после чего была перенесена в другой храм.
Приход относится к Камышинскому благочинию Волгоградской епархии Русской Православной Церкви. Престольный праздник храма — день памяти преподобного Петра Афонского, отмечаемый 25 июня по новому стилю.