Храм святых апостолов Петра и Павла в усадьбе Знаменка был основан в 1718 году князем Иоанном Иоанновичем Ржевским как деревянная церковь на мызе Васильевская. В сентябре 1718 года Ржевский подал челобитную государю Петру I с просьбой разрешить освящение построенного храма.
В 1761 году новый владелец усадьбы граф Алексей Григорьевич Разумовский получил разрешение императрицы Елизаветы Петровны на строительство каменного храма рядом с прежним деревянным. Синод издал соответствующий указ 25 июля 1761 года. Строительство велось предположительно по проекту Ф.Б. Растрелли в стиле барокко.
Каменный храм был освящен в 1771 году митрополитом Санкт-Петербургским Гавриилом (Петровым) в присутствии императрицы Екатерины II и нового владельца имения Кирилла Григорьевича Разумовского. Архитектурное решение включало прямоугольный основной объем с тремя куполами, вытянутыми по продольной оси, что соответствовало украинской традиции.
В 1835 году усадьба перешла в собственность императора Николая I, а в 1856 году - к великому князю Николаю Николаевичу. В 1877 году храм был частично перестроен архитектором Г.Э. Боссе.
В 1930 году храм был закрыт советской властью и использовался как складское помещение. В годы Великой Отечественной войны здание получило значительные повреждения. Храм был возвращен верующим 29 марта 1993 года в полуразрушенном состоянии. Богослужения возобновились в начале 2000-х годов после проведения реставрационных работ.
Храм расположен в парковой зоне усадьбы Знаменка, рядом с Красным прудом. Архитектурный ансамбль включает также часовню преподобного Иосифа Песнописца, построенную в 1867 году по проекту Н.Л. Бенуа в память о спасении императора Александра II от покушения.