История Петропавловского храма начинается с основания нашего города. В 1723 году по указу Петра I главный управляющий Сибирских казенных заводов В. И. де Геннин распорядился построить медеплавильный завод у устья реки Ягошихи, впадающей в Каму. В 1724 году для жителей поселка при этом заводе начали возводить деревянную церковь, которую освятили в 1726 году. С ростом населения поселка церковь стала тесной, и спустя 10 лет, в 1757 году, рядом заложили каменную церковь во имя святых апостолов Петра и Павла с приделом святой великомученицы Екатерины. Освящение новой церкви состоялось 23 ноября 1764 года. В 1781 году по указу Екатерины II село Ягошихинское стало губернским городом Пермью, а церковь была возведена в ранг собора. Царица лично назначила священников и подарила им церковные одежды, которые были доставлены из столицы. На протяжении двух столетий Петропавловский собор оставался одним из религиозных центров Прикамья, где служили ведущие духовные лица Пермской епархии, а другие церкви обращались за материальной и духовной поддержкой.

В первые годы советской власти собор продолжал функционировать, что подтверждается церковными документами: исповедными росписями 1918 года, брачными обысками 1917-1920 годов и протоколами собраний приходского совета за 1923-1925 годы. Согласно советскому законодательству, храм считался действующим, пока в нем состояло 20 членов-учредителей религиозной общины и заключался договор на аренду здания.

Однако со временем, как и большинство церквей Пермской области, храм был закрыт в 1929 году в ходе антирелигиозной кампании.

Сегодня храм восстановлен и вновь действует.