Деревянный храм Святых апостолов Петра и Павла в Новинках был построен в 1560, 1570-х годах, хотя изначально его возвели раньше и не в Новинковской слободе, а в районе между устьем реки Золотухи и зданием Вологодского духовного училища.

В 1772 году на месте обветшавшей деревянной церкви построили каменный храм. Это одноэтажное здание в барочном стиле напоминало Владимирскую холодную церковь. Колокольня, состоящая из четырехгранной и восьмигранной призм, гармонично завершала архитектурный ансамбль. В убранстве церкви появились новшества: фигурные пилястры и зигзагообразные наличники над окнами. В храме было три придела: Николая Чудотворца, Павла Обнорского и Корнилия Комельского. Придел Павла Обнорского, вероятно, освятили в память о деревянной церкви села Кобылино.

Рядом с церковью находился казенный дом для причта. Храм посещали не только жители Новинок, но и пациенты губернской земской больницы, ныне горбольницы №1. В 1871 году к храму была приписана больничная домовая церковь во имя Иконы Божией Матери «Всех Скорбящих Радость».

6 апреля 1930 года Вологодский горсовет принял решение о разборке церквей, непригодных для культурных целей. Комиссия, состоящая из представителей различных ведомств, решила разобрать и Петропавловскую церковь. Однако планы не были реализованы, но здание лишилось завершения и колокольни. 11 колоколов общим весом более 115 пудов были конфискованы и отправлены на переплавку.

В 1937 году в бывшей церкви разместился маслозавод, а в послевоенное время, макаронный цех хлебокомбината №1. После пожара 1990 года, когда обрушились своды трапезной, здание не использовалось и постепенно разрушалось.

Указом Президента РФ церковь Петра и Павла, датируемая третьей четвертью XVIII века, была признана объектом культурного наследия федерального значения.

В конце 1990-х годов начались разговоры о восстановлении церкви у городской больницы. В начале 2000-х годов храм был приписан к церкви Покрова на Козлене, но у общины не было средств на восстановление. Работы начались в 2008 году по инициативе предпринимателя П.А. Васева. В октябре представители различных организаций провели субботник по очистке территории. Перед началом работ настоятель храма Покрова на Козлене Валерий Бурков провел молебен.

Проект реставрации, разработанный архитектором Еленой Никитиной, был одобрен Департаментом культуры и Епархиальным советом. За первые три года восстановили придел, частично колокольню и сделали опалубку под свод над трапезной. Продолжаются работы по восстановлению кирпичного свода и крыши. В ближайшие годы планируется возобновление богослужений в отреставрированной части храма.