Церковь в селе Касёво Бирского уезда строилась на средства прихожан в два этапа. В 1825 году была завершена лишь часть здания, где разместили престол в честь великомученика Димитрия Солунского, освящённый 10 января. Главный престол, посвящённый апостолам Петру и Павлу, освятили 7 сентября 1842 года. Престол Димитрия Солунского, находившийся в храме до 1842 года, перенесли в трапезную.

Петропавловский храм в Касёве известен тем, что в начале ХХ века его посетила Великая Княгиня Елизавета Федоровна. В 1931 году храм закрыли, позже в нём разместили зерносушилку и склад. Во время войны 1941-1945 годов с храма сняли кровлю для изготовления печей. В 1960-х годах село Касёво вошло в состав нового города Нефтекамска.

В 1989 году храм передали православной общине, к тому времени он был сильно разрушен, сохранился лишь остов. В течение 10 лет прихожане проводили восстановительные работы.

Архитектура здания относится к позднему классицизму. В композиции доминирует внушительный барабан с большим сферическим куполом. На его вершине установлена небольшая световая ротонда с фигурным завершением. Нижний ярус храма, выше примыкающих апсиды и трапезной, представляет собой четверик с входами на северном и южном фасадах. На фоне массивного храма колокольня выглядит стройной и даже легковесной. Циркульный купол её завершения утрачен, но вряд ли он поднимался выше завершения храма. Из-за небольшого уменьшения ширины четвериков силуэт колокольни приобретает изящество и подвижность. В ней два яруса звона, третий и четвертый; второй оформлен как невысокий аттиковый. Несмотря на вместительность прямоугольной трапезной и полукруглой апсиды, их роль в композиции невелика. Единый классицистический декор объединяет разновременные объёмы. Фриз и карниз, состоящие из горизонтальных профилей, переходят со стены на стену, охватывая весь периметр здания. Гладкие тосканские пилястры установлены на плоские пьедесталы. Треугольные фронтоны расположены над карнизом четверика храма, основания колокольни и её четвертого яруса.

В интерьере низкое двустолпное помещение трапезной противопоставлено необычайной пространственности храмовой части. Зал, пронизанный светом, завершается чудесным потоком света, исходящим из окон ротонды в недосягаемой подкупольной высоте. Однако у этого впечатляющего архитектурного решения была и обратная сторона: зимой богослужения проводились в более скромной, но отапливаемой трапезной части.