Первое упоминание о деревянной Петропавловской церкви в селе Козлово, на месте которого ныне находится город Химки, относится к 1670 году. В 1734 году, ввиду ветхости первоначального строения, была возведена новая деревянная церковь.
В 1822 году, после приобретения имения Апухтиными, началось строительство каменного храма. Кирпичная однокупольная церковь в стиле ампир была возведена на средства князей Апухтиных и освящена в 1829 году. В 1848 году к зданию храма была пристроена колокольня, что придало ему близкий к современному облик.
После революционных событий 1917 года здание церковно-приходской школы было отобрано, ликвидирована богадельня, а храм закрыт. Точная дата закрытия храма неизвестна, предположительно это произошло накануне Великой Отечественной войны. Во время войны в храме изготавливали бутылки с зажигательной смесью для защиты Москвы.
После войны жители Химок с 1946 года просили руководство города сохранить храм как историческую и культурную ценность и устроить в нём библиотеку. Однако было принято решение передать здание храма в пользу народно-хозяйственных построек. В результате эксплуатации мыловаренного производства, а затем в 1950-х годах литейно-алюминиевого цеха, были повреждены и уничтожены все росписи стен. В результате пожара в 1952 году у церкви обвалился купол.
В конце 1991 года храм частично был передан православному приходу, а в январе 1992 года в нём возобновились богослужения. Сторонние организации полностью покинули территорию храма только в 2004 году. В 2006—2009 годах к церкви была пристроена новая трапезная, в которой размещены приделы — Покровский и преподобномученика Гавриила (Яцика).
12 июля 2011 года состоялось великое освящение Петропавловского храма города Химки. В храме находятся три престола: в честь святых апостолов Петра и Павла, Покрова Пресвятой Богородицы и преподобномученика Гавриила (Яцика).
В настоящее время богослужения в храме совершаются ежедневно. При храме действуют воскресная школа для детей и взрослых, православная библиотека, издаётся газета «Верую». С 2007 года организована благотворительная трапезная, ежедневно обеспечивающая питанием более 50 человек.
