Петропавловский собор в Казани был возведен в 1723–1726 годах на месте одноименной деревянной церкви, существовавшей с 1565 года. Строительство инициировано казанским купцом Иваном Афанасьевичем Михляевым в память о посещении города императором Петром I в 1722 году. Первоначальный проект предусматривал стандартную посадскую схему храма, однако из-за ошибок в расчетах при возведении высокого свода произошло обрушение. Для завершения строительства были привлечены мастера из Москвы, возможно, с участием флорентийских зодчих.
Архитектура собора выполнена в стиле русского барокко с элементами нарышкинского зодчества. Храм двухъярусный: верхний ярус освящен во имя первоверховных апостолов Петра и Павла, нижний — в честь Сретения Господня. Приделы посвящены иконам Божией Матери «Живоносный Источник» и «Неопалимая Купина». Колокольня построена отдельно и достигает высоты 49 метров.
В XVIII–XIX веках собор неоднократно страдал от пожаров (1742, 1749, 1815, 1842 гг.) и разграбления войсками Емельяна Пугачева в 1774 году. После пожара 1815 года восстановлен на средства купца Савелия Зайцева. В 1824–1825 годах проведена реконструкция под руководством купца Василия Унженина, включавшая обновление икон и лепного декора. В 1864–1867 годах выполнена масштабная реставрация интерьеров, включая восстановление семиярусного иконостаса.
В 1939 году собор был закрыт советской властью. В разное время в здании размещались планетарий, реставрационные мастерские и партийный архив. Богослужения возобновлены в 1989 году. В 1990-е и 2000-е годы проведена комплексная реставрация фасадов и внутреннего убранства.
Среди святынь собора — Седмиезерная икона Божией Матери, принесенная в Казань в 1615 году монахом Евфимием, а также мощи преподобных Ионы и Нектария Казанских. В алтаре сохранился потир 1682 года — вклад Ивана Михляева.