В XV-XVI веках на месте Петропавловского храма располагался Власьевский женский монастырь, который пользовался покровительством Волоцких князей, в частности, Бориса Васильевича Волоцкого. В этом монастыре провела подвижническую жизнь Марина Санина – мать преподобного игумена Иосифа Волоцкого. Известно, что кроме матери святого, здесь последнее пристанище обрела и супруга удельного князя Бориса Всеволодовича – Ульяна Михайловна. 

В начале XVII века польско-литовские интервенты разорили и сожгли деревянный Власьевский монастырь. Однако его восстановили в 1694-1696 по благословению Святейшего Патриарха Адриана. Над могилой Марии Саниной возвели каменную церковь во имя святых апостолов Петра и Павла. Храм и въездные ворота были единственными каменными постройками на территории монастыря.

Во второй половине XVIII века Петропавловский храм стал приходским. В 1884-1886 здание претерпело некоторые изменения – трапезную церкви Петра и Павла перестроили по проекту архитектора С. И. Бородина. 

В годы советской власти храм был закрыт и значительно реконструирован. Были снесены глава и колокольня, и его переоборудовали под Волоколамский хлебозавод. В 2011 г. храм был занят коммунальным учреждением.

В 2014 году, по договоренности с руководством Волоколамского благочиния, администрация района инициировала процедуру передачи здания храма Русской православной церкви, и теперь он обрёл вторую жизнь.

12 июля 2015 года, в День памяти святых апостолов Петра и Павла, Петропавловский храм г. Волоколамска отметил свой престольный праздник –молитва зазвучала в храме спустя 78 лет после его закрытия. В церкви был отслужен торжественный молебен святым апостолам, в котором приняли участие более 160 прихожан. В настоящее время Петропавловский храм имеет статус действующего, все желающие могут посетить его ежедневно с 9 до 18.