6 июня 1905 года, на станции Шилка, состоялось собрание, где обсуждался вопрос о необходимости постройки церкви, выбор места, финансирование строительства. На том же собрании был учрежден наблюдательный комитет, для контроля пожертвований и проверки отчётности по постройке храма. На собрании был регламентирован порядок созыва собраний членов наблюдательного комитета жертвователей. На тот момент в с. Митрофаново уже существовал храм в честь святителя Николая, который посещали жители Шилки, однако с развитием станции и ростом населения возникла необходимость в своем храме. Кроме того, в своем большинстве жители Шилки – железнодорожники, имевшие посменую работу, что усложняло посещение храма в с. Митрофаново.
29 июня священником Митрофановской Никольской церкви Иаковом Знаменским, в сослужении со священником Городищенской церкви Михаилом Пляскиным и диаконом Николаем Знаменским при стечении молящихся числом до 1000 человек, была совершена закладка храма на ст. Шилка во имя святых Апостолов Петра и Павла. Затем Иаков Знаменский предложил присутствовавшим возложить по камню в основание храма.
К 1908 году на средства железнодорожных прихожан церковь была построена и 30 марта 1908 года освящена епископом Забайкальским и Нерчинским Мефодием. Здание церкви деревянное с колокольней в одной связи, крыто кровельным железом, с позолоченными тремя главами. В начале 1909 года при Шилкинской железнодорожной церкви был образован самостоятельный приход. 7 апреля 1909 года настоятелем Петро-Павловской церкви назначается священник Николай Павлович Виноградов. До июня 1909 года храм относится ко второму благочинному округу железнодорожных церквей. 24 июня 1909 года церковь была передана в 25-ое благочиние Забайкальской и Неринской епархии. Нижний придел храма выложен из тёсанного камня, и засыпан со всех сторон землёй, от чего создаётся впечатление, что верхний предел храма стоит на холме. Верхний придел сложен из бруса в пяти километрах от города, в деревне Кибасово, и через три года перенесен на теперешнее место. Милостью Божьей, трудами железнодорожников и жителей района появился этот храм в честь святых апостолов Петра и Павла. Штат дореволюционного храма составлял 5 священнослужителей, протоиерей, два иерея, диакон и псаломщик.
В 1929 году храм закрыли. Вскоре сделали здесь пересылочную тюрьму. Попадали сюда в первую очередь священники со всего района (храмы-то тогда были закрыты в каждом селе) и так называемые кулаки. Людей здесь накапливали, чтобы хватило на состав.
После тюрьмы в этих святых стенах были кузница, ремесленное училище, овощехранилище и зерновой склад. Потом спортзал и музей. Лишь в 1990 году волею Божьей среди здешних депутатов появился человек, который помог собрать и документально оформить общину верующих. Потом были длительные хлопоты по выселению из храма бывших жильцов. Спортзал убрали, а музей ещё находился в подвале и пока он не покинул стен храма, дела у прихожан продвигались очень туго.
Здание досталось верующим в очень плачевном состоянии. Потолок был как решето, черкз который голуби залетали в помещение. Окна были заколочены досками. Сразу пришлось их расколачивать и ремонтировать. Стены были прогнуты, стягивали их бревнами. Отопительную систему все прежние хозяева забрали. Не было на храме ни куполов, ни крестов, ни икон, ни церковной утвари. В 2002 году объявили сборы средств на колокола, за полтора года собрали сумму которой хватило на покупку 6 колоколов, самый большой из которых весит 7 пудов.
В настоящее время при храме работает воскресная школа, трапезная в которой получают пропитания не только послушники храма, но и многие малоимущие.
Для приезжих паломников существует благотворительная гостиница на пять мест.