Объект культурного наследия федерального значения. Поставлен на охрану постановление Совета Министров РСФСР от 08.30.1960 №1327 «О дальнейшем улучшении дела охраны памятников культуры в РСФСР»; постановлением Совета Министров Татарской АССР от 13.01.1961 № 21 «О дальнейшем улучшении дела охраны памятников культуры Татарской АССР»; постановлением Совета Министров Татарской АССР от 30.10.1959 №591 «О мероприятиях по улучшению состояния, охраны, реставрации и популяризации памятников культуры, находящихся на территории Татарской АССР» (ред. от 15.09.2006).
Храм построен на подъеме из нижней части города в верхнюю. Петропавловский собор – ценнейший памятник архитектуры русского барокко начала ХVIII в., редкое явление в русской провинциальном зодчестве. Декоративный наряд стен храма составляют причудливо извивающиеся лепные украшения в виде разводов ветвей и трав.
Собор Петра и Павла построен в 1723-1726 гг. на средства богатого купца-промышленника И.А.Михляева на месте деревянной Петропавловской церкви в память пребывания в 1722 г. Петра I в Казани. Возводимый местными мастерами храм был почти закончен, но из-за допущенных ошибок в кладке стен и свода произошло его обрушение. Известно, что после этого Петр I прислал для строительства опытных зодчих, которые закончили возведение храма в 1726 г., уже после смерти самодержца. Авторы выдающегося сооружения остаются неизвестными.
Подобно многим московским храмам эпохи нарышкинского барокко Петропавловский собор в Казани представляет собой 2-ярусное, бесстолпное сводчатое сооружение, прямоугольное в плане, с пристроенными к нему с восточной стороны тремя алтарными апсидами, а с западной – трапезной. К основному объему, имеющему высоту до 52 м, с двух сторон на уровне второго этажа примыкает открытая обходная галерея (гульбище), с ведущими на нее двумя (юго-западным и северным) широкими парадными крыльцами. Обходная галерея с восточной стороны замыкается небольшим приделом с круглой апсидой.
Над центральной частью собора возвышается четверик, над которым поставлен восьмерик, увенчанный глухим восьмигранным барабаном и двумя расположенными друг над другом небольшими главками. Удачно заданные пропорции храма, соотношение высоты главных и второстепенных объемов подчеркивают стройность и изящество его силуэта. Вверху, по карнизу восьмерика, сделаны ажурные украшения из кованого железа, придающие сооружению дополнительную легкость и устремленность ввысь. Эта интересная деталь является своеобразной интерпретацией каменных барочных фронтончиков, «петушьих гребешков», которые повторяются на завершении четвертого яруса стоящей рядом соборной колокольни. Наружное и внутреннее убранство отличается вычурностью украшений стен и затейливых картушей, богатством цветовой гаммы.
Стены, оконные и дверные наличники пышно орнаментированы прекрасно прорисованными резными каменными деталями, которые на преобладающем серо-коричневом фоне расписаны сочными оранжевыми, синими и зелеными красками. Простенки второго этажа расцвечены изразцами: на ярко-голубом фоне изображены былые и желтые цветы.
Внутренние стены верхнего храма декорированы лепным орнаментом и расписаны масляной живописью, к сожалению, испорченной в конце ХIХ в. при подновлении. Сомкнутый свод, устремленный вверх, сплошь отделан лепными украшениями: гроздями виноградных лоз, цветами, переплетающимися ветвями. Алтарь внутри также обработан каменными резными деталями. Более скромно выполнена отделка трапезной и нижнего храма. В соборе находится резной богато убранный деревянный золоченый семиярусный иконостас (первая половина ХVIII в.), искусно выполненный в стиле русского барокко.
К концу 1880-х гг. собор сильно обветшал и в 1888-1890-е гг. была проведена капитальная реконструкция. Проект составил М.Н.Литвинов, архитектор Казанского университета. Он скрупулезно, по детальным рисункам и чертежам, восстановил первоначальный облик собора. В ходе реконструкции были разобраны и вновь выстроены придельные храмы, паперти, лестницы. Под колокольню подведен новый фундамент, восстановлена уникальная лепнина фасадов. В это же время на колокольне установлены часы известного мастера П.И.Климова. Проведенные работы стали одним из первых в России примеров высокопрофессиональной реставрации памятника архитектуры. Благодаря этому собор сохранился до наших дней практически в первозданном виде.
Регистрационный номер в Едином государственном реестре объектов культурного наследия (памятников истории и культуры) народов Российской Федерации 161410330810026