Католическая община в Тульском крае существует с XIX века. В 1840-х годах капеллан Московской железной дороги заботился о тульских католиках. После подавления восстания 1863 года в Тулу прибыло много католиков из Польши, Литвы и Белоруссии. В. И. Смидович, член церковного совета католического прихода Тулы, был известным врачом, основателем Тульской городской больницы и санитарной комиссии, а также одним из создателей Общества тульских врачей. Его сын, В. В. Вересаев, также стал врачом и писателем. В 1885 году католики Тулы открыли часовню в частном доме, но она была мала, и приход просил выделить землю для строительства храма. 28 мая 1893 года власти разрешили строительство храма на окраине Тулы у Киевской улицы.

Закладка храма состоялась 15 мая 1894 года на пересечении нынешних проспекта Ленина и улицы Л. Толстого. Строительством руководил губернский архитектор Эварист Скавронский. Храм был освящён в 1896 году генеральным викарием Могилёвской митрополии Франциском Сымоном. С 1898 года в приходе работал постоянный священник, жизнь прихода активизировалась, открылась библиотека, а на праздники устраивались спектакли. По переписи 1897 года в Тульской губернии проживало 1224 католика, большинство из них в Туле.

После 1917 года число прихожан резко уменьшилось из-за эмиграции поляков и прибалтов после прихода к власти большевиков. В 1918 году имущество храма стало народным достоянием, но храм продолжал действовать. В 1926 году настоятель Я. Павлович был арестован, а в 1932 году храм закрыли. Позже в здании находились редакция газеты «Молодой коммунар» и криминалистическая лаборатория.

В 1993 году католическая община Тулы была возрождена, но храм оставался в распоряжении другой организации. В 1995 году общине выделили гараж для проведения месс. До 30 марта 2004 года, когда храм официально передали приходу, мессы проводились в гараже.

Возвращение храма стало возможным благодаря обращениям Апостольского нунция в России Антонио Меннини и поддержке архиепископа Тульского и Белёвского Алексия, который не возражал против передачи храма. После получения разрешений в 2006 году началась реставрация храма, завершившаяся в 2007 году.

23 декабря 2007 года храм был торжественно открыт. 6 июля 2008 года архиепископ митрополит Паоло Пецци освятил восстановленную церковь, в алтарь были вложены мощи святого Иоанна Боско, блаженной Целины Боженцкой и святой Елизаветы. 17 июня 2012 года в храм передали новый цифровой орган итальянской фирмы «Viscount», а 30 сентября состоялся первый органный концерт в Туле.

Храм Святых Апостолов Петра и Павла построен в псевдоготическом стиле из красного кирпича. Проект разработал губернский архитектор Эварист Скавронский. Над центральным входом возвышается шпиль с двумя боковыми башнями. Ранее у входа стояли статуи Апостолов Петра и Павла, утраченные в советское время. В нише шпиля находилась статуя Девы Марии, также утерянная. Фотографий изначального интерьера не сохранилось, и при реконструкции в 2006-2007 годах внутренний вид храма был выполнен в современном стиле, отличном от псевдоготики.