Идея строительства православного храма в Карлсбаде (ныне Карловы Вары) возникла в середине XIX века в связи с увеличением числа русских посетителей курорта. В 1862 году, по инициативе графа А. И. Мусина-Пушкина и под покровительством великой княгини Елены Павловны, был создан комитет по сбору средств на возведение храма. Несмотря на собранные пожертвования, строительство откладывалось из-за недостатка финансов и отсутствия подходящего участка земли.
В 1863 году в «Богемском зале» гостиницы «Пупп» была освящена временная походная церковь святых апостолов Петра и Павла. Позднее, в 1867 году, была приобретена и переоборудована под домовую церковь небольшая гостиница «Вашингтон», расположенная напротив гостиницы «Пупп». Иконостас для этой церкви был пожертвован великой княгиней Еленой Павловной.
В 1872 году, в честь 200-летия со дня рождения Петра I, были собраны дополнительные средства на строительство постоянного храма. После продолжительных переговоров с городскими властями был приобретен участок земли в престижном районе Вест-Энд. Закладка храма состоялась 29 июня (11 июля) 1893 года. Строительство велось под руководством архитектора Густава Видермана, который использовал проект, ранее разработанный архитектором К. А. Ухтомским.
Архитектурно храм выполнен в стиле московских и ярославских церквей XVII века, имеет форму креста с пятью позолоченными куполами, богато украшен орнаментальной лепниной и фигуральной росписью. Внутри установлен дубовый иконостас, украшенный майоликой, с иконами, написанными художником И. А. Тюриным. Витражи с изображениями святых были изготовлены в Инсбруке на пожертвования волынских чехов.
Освящение храма состоялось 28 мая (9 июня) 1897 года. В 1912 году, к 200-летию пребывания Петра I в Карлсбаде, на восточной стене храма был установлен бронзовый горельеф «Пётр и каменщики», созданный скульптором М. Гиллером.
С началом Первой мировой войны в 1914 году храм был закрыт, а его настоятель арестован австрийскими властями. После окончания войны богослужения были возобновлены. В разные периоды храм находился в юрисдикции различных православных церквей. С 1979 года храм получил статус подворья Русской Православной Церкви.
