С 1728 года рабочие завода начали просить о строительстве храма в Полевском, чтобы наладить духовную жизнь в поселении. 29 июня 1730 года, в день святых апостолов Петра и Павла, игумен Филипп заложил церковь в их честь. Он сообщил митрополиту Тобольскому Антонию Стаховскому, что в Полевском заводе насчитывается 125 дворов, а ближайшие деревни находятся на значительном расстоянии. Жители завода выразили желание построить церковь за свой счёт и содержать священника.

В 1731 году завершилось строительство деревянной церкви, и она была освящена. С этого момента Полевской завод стал считаться полноценным селом. Из-за обилия леса и отсутствия мастеров по кирпичу первые храмы на Урале строились из дерева. Русская деревянная архитектура имела свой стиль, и вместо куполов использовались остроконечные шатры. Окна были небольшими и застеклялись слюдой, создавая полумрак внутри.

На колокольне храма было пять колоколов, самый большой весил 15 пудов и 19 фунтов. Деревянный храм прослужил более сорока лет, после чего было решено построить каменный. В 1772 году были приглашены каменщики из Устюга и Соликамска, но строительство столкнулось с проблемами из-за ненадёжного грунта. В 1786 году был заложен новый храм, который завершили в 1793 году. Старый деревянный храм разобрали в 1800 году.

К 1830-м годам возникла необходимость перестройки храма, так как он не вмещал всех прихожан. Архитектор Малахов изучил состояние здания и составил проект на сумму более 7100 рублей серебром. В 1848 году собрали средства на новую крышу, а в 1857 году церковным старостой стал купец Ферапонт Зубов, который значительно улучшил состояние храма.

6 января 2009 года завершилась реставрация колокольни, а 23 марта того же года храму передали 20 тысяч экземпляров Нового Завета для бесплатного распространения. 15 июля 2009 года прошло торжественное богослужение в честь 15-летия возвращения святыни верующим. В 2011 году исполнилось 10 лет реабилитационному центру для наркозависимых «Подвижник».

Сегодня Петро-Павловский приход активно занимается миссионерской и социальной деятельностью, поддерживает духовно-просветительский центр, воскресные школы и реабилитационную обитель. Проводятся празднования в честь святых и организуются акции милосердия для нуждающихся. С 1995 года при храме действует детская воскресная школа, где более ста тридцати детей обрели навыки жизни по христианским заповедям. В школе работают пятнадцать педагогов, проводятся занятия по различным дисциплинам. В 2010 году школа отметила своё 15-летие.