1431~1500 m. pastatyta pirmoji bažnyčia, galimai pagonių šventyklos vietoje. 1594 m. sudegė. 1609–1616 m. suręsta nauja, medinė bažnyčia. Prie jos buvo prieglauda. Mirus bažnyčios statytojui klebonui Petrui Korkonosui, vyskupas Eustachijus Valavičius1625 m. iš Krokuvos pasikvietė Laterano kanauninkų vienuolius ir jiems paskyrė bažnyčią. Per karą 1655 m. beveik visai sugriauta.
Pagal lenkų architekto Jano Zaoro projektą Mykolo Kazimiero Paco lėšomis 1668 m. pradėta statyti dabartinė mūrinė bažnyčia (pergalei prieš maskvėnus ir jų išvarymui iš Vilniaus po 6-erių metų okupacijos įamžinti; kertinis akmuo padėtas birželio 29 dieną). Statybą organizavo ir medžiagomis rūpinosi kanauninkų vienuolyno viršininkas B. Šamotulskis. 1669–1671 m. statybai vadovavo J. Zaoras, nuo 1672 m. – italų architektas Džambatista Fredianis. Iki 1674 m. išmūrytos sienos, 1674–1675 m. – skliautai, kupolas, bokštai. 1677–1682 m. pastatytas vienuolynas. XVII a. pabaigoje išmūryta šventoriaus tvora ir aštuoniakampės koplyčios.
1671 m. pradėta bažnyčios fasado, 1677 m. – vidaus apdaila. Ją atliko italų baroko meistrai Pjetras Pertis, Džovanis Maria Galis ir Jonas Gotardas Berghofas (Johann Gotthard Berchhoff). 1682 m. mirus M. K. Pacui, apdailos darbai sustojo. 1701 m. bažnyčia beveik užbaigta, trūko tik didžiojo altoriaus. 1801–1804 m. restauruotos skulptūros, sukurta laivo formos sakykla ir 2 šoniniai altorėliai.
1805 m. įrengtas didysis altorius su dailininko Pranciškaus Smuglevičiaus paveikslu „Šv. Petro ir Povilo atsisveikinimas". Rusijos valdžia 1864 m. vienuolyną uždarė. Vilniaus gubernatorius 1868 m. pasiūlė bažnyčią uždaryti ir joje įrengti cerkvę. Architektas Ivanas Levickis1869 m. parengė bažnyčios pertvarkymo projektą (sąmatinė vertė 16 554 rb). Generalgubernatorius nesutiko skirti tiek pinigų, bažnyčia liko katalikams. Ji 1870–1878 ir 1901–1903 m. restauruota.
1915 m. karo pabėgėliams leistos lietuviškos pamaldos. Šv. Petro ir Povilo bažnyčia yra viena iš nedaugelio Vilniaus bažnyčių, kuri nebuvo uždaryta SSRS okupacijos metais. 1942 m. bažnyčia apgriauta. 1944–1946 m. atstatytas kupolas. 1949–1963 m. klebonavęs Mykolas Tarvydas 1954 m. perdengė stogą. 1953–1989 m. bažnyčioje buvo laikomas karstas su šv. Kazimiero palaikais. 1968 m. įrengtas šildymas, 1969–1974 m. rekonstruota bažnyčios išorė, 1976–1984 m. restauruotas vidus.
Architektūra
Bažnyčia barokinė, lotyniško kryžiaus plano, dvibokštė, bazilike, su kupolu, pusapskrite apside. Laisvai stovinčios kolonos jos pagrindiniame fasade Lietuvos bažnytinėje architektūroje buvo panaudotos pirmą kartą. Vidus 3 navų, dengtų cilindrų skliautais, atskirtų piliastrais. Šventoriaus tvora tinkuoto mūro. Arkinė galerija bažnyčią jungia su buvusiu 3 aukštų vienuolynu.
Aplinką suformavo didikų, stambesnių ir vidutinių bajorų, kunigų, pasiturinčių miestiečių statydinti vilos bei vasarnamiai. Dvarai pasižymi itališkojo manierizmo stiliumi, kuriam būdingi ir renesanso, ir baroko stilių bruožai.[1]
Interjeras
Bažnyčioje yra 13 koplyčių, barokinė marmurinė krikštykla, XIX amžiuje pastatyta paauksuota rokokinė sakykla, laivą imituojantis sietynas. Taip pat du tūkstančiai stiuko statulų, freskos, reljefai, religiniai paveikslai. Ypač vertinami yra šv. Marijos ir „Vilniaus maro“ paveikslai.
