Церковь Петра и Павла была заложена на месте деревянной в 1768 году. В то время волна «тобольского барокко», оставившая городу более десятка церквей и столько же гражданских зданий, быстро шла на убыль. Эта волна поначалу захватила и архитектуру Петропавловской церкви, но на завершающем этапе строительства, отделенного от начала двумя десятилетиями, проявил себя классицизм. Это единственная в Тобольске церковь с явно выраженными чертами классицизма.

Строители Петропавловской церкви, скорее всего, тоболяки – слишком уж явно наличники окон и форма глав напоминают соответствующие детали тобольских барочных церквей. Типична и архитектурная конструкция – восьмигранные сомкнутые своды глав, конховое покрытие апсид, цилиндрические и лотковые своды остальных покрытий. В интерьере пространство открывается последовательно, по мере движения к алтарю. При этом очень выразителен контраст трапезной с приделами и вертикального трехсветного объема собственно храма. Своеобразие архитектуры церкви состоит в том, что декорируются только важнейшие архитектурные линии (тяги по углам объемов, наличникам окон, карнизам). Характерным отличием от других тобольских храмов – сложные лекальные наличники уступают место геометрически жестким трапецевидным формам стиля классицизм.

Придел святителя Алексия был освящен 10 августа 1774 года, а 7 декабря того же года – Нила Столбенского. Во внешнем облике колокольни, возведенной после 1807 года, нет даже следов барокко.

Это последняя приходская церковь, построенная в Верхнем городе.

В настоящее время храм отреставрирован, является действующим.