Церковь Петра и Павла является самым древним архитектурным памятником Смоленска. Она была возведена в 40-50-х годах XII века князем Ростиславом Мстиславичем, предположительно как загородный храм в местах, где охотился князь.

Во время польского владычества над Смоленском Петропавловская церковь была преобразована в униатский собор. В 1675 году, после возвращения Смоленска под власть Москвы, она снова стала православной.

Храм отличается величественностью и строгостью. Его стены сложены из плоского кирпича, называемого плинфой. Мощный кубический объем с тремя полуцилиндрическими апсидами на востоке увенчан двенадцатигранным барабаном. Внутри купол поддерживают массивные арки, опирающиеся на четыре крупных столба. По своим художественным формам Петропавловская церковь является типичным примером крестовокупольного храма, заимствованного из Византии.

Размеры храма невелики: длина с востока на запад, включая алтарные выступы, составляет 19,8 метра, а ширина с севера на юг, 16,8 метра. Кубический массив храма разделен лопатками с полуколоннами на три части. Три алтарных полукружия украшены вертикальными поясками и поясом глухих ниш. Узкие оконные проемы и уступчатые входы-порталы в центре фасада придают зданию строгий и суровый вид.

Суровую гладь стен оживляют немногочисленные декоративные элементы: пояски узорной кирпичной кладки, аркатура, декоративные кресты, фигурные ниши на барабане и узкие тяги. Первоначально здание с трех сторон окружала галерея-усыпальница, которая не была восстановлена.

Внутри храма у западной стены расположены хоры и помещение для князя и его свиты. На хоры ведет узкая лестница, устроенная в толще стены. Полы церкви были покрыты глазурованными плинфами стандартных размеров, а полы приделов, небольшими цветными керамическими плитками. Квадратные плитки по диагонали и треугольные по гипотенузе имели цветные вкрапления: светлые на темном фоне и темные на светлом. В 1967 году церковь была отреставрирована по проекту заслуженного деятеля культуры РСФСР П.Д. Барановского.