Через двадцать лет после основания Оренбурга в городе насчитывалось около десяти церквей благодаря заботам его первого губернатора И. И. Неплюева. К числу первых храмов города относилась и церковь во имя апостолов Петра и Павла, построенная по ходатайству Неплюева для крепостного гарнизона «за переведением сюда из Уфы баталиона Нижегородского полку» по благословению епископа Казанского и Свияжского Луки.
Началось строительство церкви в 1757 году, в 1760-м состоялось освящение. Каменный храм со сводами изящной архитектуры считался одним из лучших в городе после Преображенского и Введенского соборов. В большой пожар 1786 года здание церкви сильно обгорело и долгое время стояло в развалинах. Его хотели разобрать полностью, но этому воспрепятствовал военный губернатор Григорий Семёнович Волконский.
В 1804 году он сделал представление императору Александру I о необходимости восстановления военной церкви, поскольку в городе постоянно квартировали полки. Просьба Волконского была удовлетворена, из казны была отпущена особая сумма, на которую губернатор не только восстановил церковь, но и пристроил к ней каменный Крестовоздвиженский придел одноимённой сгоревшей деревянной церкви. Сюда перенесли всю церковную утварь Крестовоздвиженской церкви, хранящуюся во Введенском соборе. В 1809 году храм вновь освятили. В следующем году по распоряжению губернатора к приходу церкви приписали весь военный и чиновничий люд города, а 1831 году и Неплюевский кадетский корпус, который до 1852 года не имел собственной учебной церкви. Вновь освящённый храм отличался большим стеклянным входным коридором. Со всех сторон церковь опоясывала ограда, внутри которой находилась могила оренбургского военного губернатора Павла Петровича Сухтелена, внезапно скончавшегося в 1833 году.
В 1853 году в церкви обновили иконостас, сделали часть новых росписей, закупили новую утварь. Петропавловский храм был одноштатным, но после перевода его из военного ведомства в епархиальное, он стал двухштатным.
В 1922 году здание церкви передали Дому Красной Армии под клуб. В начале 1940-х годов храм был совсем снесен. Находился военный храм на углу улиц Советской и Краснознамённой. На его месте в настоящее время находится сквер имени Полины Осипенко – летчицы, Героя Советского Союза, где 1998 году в память о встрече в Оренбурге двух великих русских писателях установлен памятник — А.С. Пушкину и В.И. Далю.
