С 1728 года заводские мастеровые стали ходатайствовать о строительстве в Полевском храма, чтобы и в этом небольшом поселении настроить нормальную духовную жизнь. 29 июня 1730 года в день празднования святых апостолов Петра и Павла игумен Филипп заложил церковь во имя этих святых. Об этом событии он так сообщил митрополиту Тобольскому Антонию Стаховскому:
«в ономъ Полевскомъ заводе главныъ командировъ, также плавильныхъ и горныхъ служителей и прочихъ обывателей дворового числа имеется 125, а другихъ окрестныхъ деревень въ близости не имеется, а оный заводъ отстоитъ разстояниемъ ближайше что отъ Горного Щита верстъ за 40 и дальше. И по мнению насъ, нижайшихъ, для многолюдствия и дальнего разстояния въ Полевскомъ заводе вновь церкви быть можно. И оного заводу все главные и прочие обыватели общекупно и доброжелательно ту церковь строить желаютъ своимъ иждивениемъ, такоже желаютъ имети и священника съ причтомъ и награждать ихъ деньгами и хлебомъ не в скудость, въ чемъ и подписались со обязательствомъ Деревянный храм».
В 1731 году строительство деревянной церкви в честь первоверховных апостолов Петра и Павла было завершено. В том же году церковь была освящена. С этого момента Полевской завод, согласно общепринятому понятию, стал полноценным селом.
При значительных запасах леса и за неимением мастеров кирпичного дела первые храмы на Урале строились деревянными и почти по одному образцу. Но русская деревянная архитектура имела особый стиль, обусловленный природными свойствами дерева. Создавать из прямоугольных балок и досок плавные формы купола было затруднительно. Поэтому в деревянных храмах, в том числе Полевском Петро-Павловском, вместо купола делался остроконечной формы шатёр и обшивался гладким тёсом. К западной части храма примыкали крыльцо и паперть. Окна делались небольшие, прямые и «стеклились» слюдой, отчего в храме даже днём всегда царил полумрак.
На колокольне храма размещалось пять колоколов. Самый большой из них весил 15 пудов и 19 фунтов, а самый маленький — 20 фунтов. Деревянный храм послужил полевским прихожанам чуть более сорока лет. За это время здание обветшало, и было решено построить более долговечный храм — из камня. Своё согласие на это дал и новый управляющий полевскими заводами — А. Ф. Турчанинов.
В 1772 году были приглашены каменщики из Устюга и Соликамска, так как из всех окрестных населённых пунктов на тот момент каменные храмы возводились только в этих городах. Однако это строительство преследовали неудачи: церковь была заложена в больших размерах, но грунт земли оказался вскоре после основания не совсем благонадёжным Незавершённое здание пришлось разбирать, а строительство приостановить. Спустя 14 лет, 6 июля 1786 года был заложен новый храм в честь апостолов Петра и Павла. В 1787 году умирает А. Ф. Турчанинов. Несмотря на это, Филанцата Степановна, вдова покойного, продолжила финансировать строительство храма. Его строительство было завершено в 1793 году. Освящение храма игумен Гедеон, настоятель Троицкого Рафайлова монастыря, совершил 11, 12 и 13 сентября 1793 года. Старый деревянный храм был разобран и истоплен в печах новой каменной печи только в 1800 году.
К 30-м годам XIX века назрела необходимость перестроения Петро-Павловского храма, поскольку он уже не вмещал всех прихожан не только в праздничные дни, но и в будни. Для исследования здания пригласили архитектора Малахова, который тщательно изучил состояние фундамента храма, кладки стен и грунты. После всех расчётов был составлен проект и смета расходов на сумму болек 7100 рублей серебром.
В конце концов, прихожане Петро-Павловского храма в 1848 году собрали необходимые средства и покрыли новым железом храмовую крышу. В 1857 году общим решением прихожан, после утверждения епархиальным начальством, церковным старостой был выбран купец Ферапонт Зубов. В церковной летописи о нём говорится так: церковь Полевская обезнеченная разъ и почти единовременно ценнымъ и виднымъ, в последующие за темъ годы, ни сама не обогащалась, ни имела ниоткуда пожертвований и, по словамъ старожилов, содержалась относительно внутренней чистоты и опрятности в небреженеии. Конец всему этому положил церковный староста Зубов. В течение своей пятнадцатилетней службы, онъ, такъ сказать, переродил храм со стороны благолепия и хозяйства не щадя для этого ни своихъ силъ, ни собственныхъ средствъ. В числе его заслуг — приобретение церковного дома для священнослужителей с усадьбой в 485 квадратных сажен.
6 января 2009 года, в канун Рождества Христова, в храме была завершена реставрация колокольни. Основание купола покрыто листами нитрита титана, и теперь оно сияет золотым блеском. Шпиль облицован листами железа изумрудно-зеленого цвета.
23 марта 2009 года, было объявлено, что Петро-Павловскому храму на безвозмездной основе будет передано 20 тысяч экземпляров Нового Завета. Предполагается, что книги, изданные в большом формате и отпечатанные крупным шрифтом, добровольцы из числа прихожан храма будут бесплатно распространять среди пожилых и малоимущих жителей города.
15 июля 2009 года в храме прошло торжественное богослужение по случаю 15-летия со дня второго рождения святыни — возвращения её верующим людям. Богослужение возглавил архиепископ Екатеринбургский и Верхотурский Викентий. 25 января 2011 года исполнилось 10 лет находящемуся под духовным окормлением храма реабилитационному центру для наркозависимых «Подвижник».
В настоящее время Петро-Павловский приход осуществляет активную миссионерскую и социальную деятельность: окормляет духовно-просветительский центр, воскресные школы для детей и взрослых, реабилитационную обитель для наркозависимых «Подвижник»; выполняет организацию празднований в честь тех или иных церковных святых или событий. Так, например, в течение последних лет при поддержке храма и городского управления культуры регулярно проводятся празднования в честь первоучителей славянских народов, святых равноапостольных братьев Кирилла и Мефодия.
Несколько раз в год приход организует акции милосердия: для детей из многодетных и малоимущих семей, детей-«отказников», а также пожилых и немощных горожан. На благотворительные пожертвования сотрудники прихода формируют подарочные наборы из продуктов первой необходимости, а также кондитерских изделий и фруктов. Подарки участники молодежного братства и дети из воскресной школы разносят по домам нуждающихся земляков.
При храме, начиная с 1995 года, действует детская воскресная школа. За минувшие годы в школе состоялось десять выпусков, более ста тридцати ребят под руководством педагогов обрели навыки жизни по христианским заповедям. Сегодня в школе работает пятнадцать педагогов. Ведутся занятия по Ветхому и Новому Завету, литургике, церковнославянскому языку, изографии, этике, психологии и музыке. В 2010 году воскресная школа отметила своё 15-летие.
