Поселок Сосновка начал свою историю еще в 1740-х годах, но долгое время здесь не было полноценной церкви, только небольшая часовня. Строительство православного храма стало значительным событием для местных жителей, которые сами собирали средства на его возведение.

Согласно архивным данным, Петропавловская церковь была построена в 1908, 1909 годах благодаря добровольным пожертвованиям прихожан и сбору средств. В июне 1909 года храм был освящен малым чином, а 14 марта 1910 года, великим. Здание деревянное, на фундаменте из дикого камня, с деревянной колокольней, вмещает до 300 человек. Крыша покрыта железом, украшена коваными позолоченными крестами, вокруг, деревянная ограда. Причт получал казенное жалование в размере 400 рублей в год и пользовался 99 десятинами земли, выделенными согласно указу войскового Правления от 1 марта 1910 года.

В советское время церковь постигла участь многих храмов: имущество было разграблено, купола и кресты сняты, убранство уничтожено. После Великой Отечественной войны в здании, переданном государству, открыли школу пчеловодов, затем школу бухгалтеров. К 1975 году строение обветшало и было передано под склад областному статистическому управлению.

В начале 1990-х годов жители Сосновки обратились к властям с просьбой вернуть здание церкви верующим. 3 июля 1992 года решением Челябинского областного совета народных депутатов под председательством Петра Сумина храм был возвращен Русской православной церкви с благословения Святейшего Патриарха Московского и всея Руси Алексия II.

Сегодня церковь активно функционирует, и сюда приезжают не только жители Сосновки, но и люди из разных районов Челябинска и окрестных населенных пунктов. Благодарные прихожане дарят церкви иконы, одна из которых, образ Святой Троицы, замироточила.

Однако старое деревянное здание храма не выдерживает испытания временем, поэтому рядом с церковью начато строительство нового храма.