20 марта 1719 года Петр I издал правила лечения, касающиеся минеральных вод, найденных в Олонце, и их применения при различных заболеваниях. Это стало первым документом, посвященным Олонецким минеральным водам, и именно поэтому 20 марта 1719 года считается датой основания первого российского бальнеологического курорта, известного сегодня как "Марциальные воды".

Во время своей третьей поездки 18 февраля 1722 года Петр I присутствовал на освящении церкви святого апостола Петра, проект которой, по преданию, он сам разработал. Император уделял особое внимание этому храму, и во время пребывания на курорте он лично изготовил на токарном станке паникадило из слоновой кости и деревянные подсвечники. Подсвечники до сих пор можно увидеть в церкви, а паникадило и вышитое Екатериной Алексеевной покрывало для алтарного стола находятся в Эрмитаже.

После смерти Петра I курорт был заброшен, и церковь святого апостола Петра осталась почти единственным сохранившимся архитектурным памятником того времени. Внутреннее убранство храма, датируемое началом XVIII века, также сохранилось. Церковь неоднократно ремонтировалась и реставрировалась в XVIII и XIX веках, но сохранила свой первоначальный облик. В 1829 и 1831 годах храм был полностью разобран и восстановлен. До начала XX века под руководством архитекторов проводились регулярные ремонты, и церковь посещали известные личности, такие как академик Н.Я. Озерецковский и поэт Ф.Н. Глинка.

В XX веке храм ремонтировался в 1949, 1964 и 1975 годах, а в 1952 году была установлена молниезащита. В 1988 году под руководством В. Г. Копнина проведены комплексные реставрационные работы: заменены фундаменты, сгнившие участки стен, отреставрированы иконы и полностью заменены перекрытия и кровля.

Церковь имеет одноглавую конструкцию, характерную для петровской эпохи. Стены рублены из бруса, крыши тесовые, купола и шпили покрыты железом. Внутри церкви над входом находятся закрытые хоры, любимое место Петра I во время службы. В архитектуре и интерьере чувствуется западно-европейское влияние, что выражается в многогранном куполе со шпилем, высоких окнах и изящных печах, отлитых в 1721 году.

Главное украшение храма, двухъярусный иконостас. Иконы выполнены в традиционной манере и в духе петровской живописи. Особое внимание привлекает икона святого Николая с изображением российского триколора на мачте судна, что подчеркивает патриотизм художника и надежды на будущее России. Все иконы местного ряда выполнены в темперной технике, а праздничного ряда, маслом на холсте. Иконостас был перевезен из церкви при Лодейнопольской верфи и не полностью вписывается в интерьер церкви в Марциальных водах.

Церковь святого апостола Петра остается в федеральной собственности и является частью экспозиции Карельского государственного краеведческого музея. Однако раз в год, 12 июля, в день Святых апостолов Петра и Павла, в ней проводится служба в память о Петре I и его вкладе в развитие России.