Дата постройки 1757-1764 г. Редкий памятник русского провинциального барокко, первое каменное здание города. Несколько раз перестраивался. В ХХ в. была разобрана колокольня, которая представляла собой многоярусную композицию, созданную по принципу «восьмерик на четверике».
Храмовая часть перекрыта четырехгранным куполом, в центре и по углам которого размещены главы в виде восьмигранных башенок, покрытых небольшими куполами (русское пятиглавие). Для постройки собора использовался кирпич, стены для сохранности в XIX в. были покрыты листовым железом.
Напротив пятигранной алтарной апсиды сохранились стены часовни с шатровым завершением. Вокруг собора располагалась первая главная площадь города — Петропавловская, здесь в 1781 году состоялось торжественное учреждение центра Пермского наместничества и переименование Егошихинского завода в город Пермь.
В советские годы храм был закрыт. Иконы и деревянные скульптуры переданы Пермской художественной галерее. Здание использовалось под разные хозяйственные нужды (мастерские, общежитие, контора мотовозоремонтного завода, спортзал).
В 1973 году была проведена частичная реконструкция: восстановлены кровля и главы храмовой части алтаря. В 1991 году собор был передан Пермской епархии. Проведены восстановительные работы.
Сегодня это действующий храм. Главный алтарь освящен во имя св. ап.Петра и Павла, алтарь зимнего храма во имя св. Екатерины и св. Евстафия Плакиды. В летней части собора расположен прекрасный пятиярусный иконостас, выполненный в 1994-95 гг. в традициях XIV в. Особое место занимает икона св. мч.Андроника — Пермского епископа, принявшего мученическую смерть в июне 1918 года.