Здание собора не соответствует привычным канонам церковной архитектуры восточных славян. Для зрителей несведущих это скорее дворец, нежели церковь.  Обусловлено это тем, что в этом уникальном храме совсем нет привычных золотых куполов. Петропавловский собор – некий пример преемственности православных традиций от греческого мира. И также уникальность собора в том, что он - единственный образец античной церковной архитектуры на территории всего постсоветского пространства.

Этот храм построен в Севастополе в 1843 году в честь первоверховных апостолов Петра и Павла. В свое время он занял доминантное место на географическом месте своего создания – то есть на Центральном холме. Созданное архитектором здание собора имело прямоугольную форму. Он стал образцом архитектуры русского классицизма. Здание окружено колоннадой с каннелюрами. Колонн четное количество – 44. Над фасадами здания закреплены фронтоны и кресты.

Одной из доминант в украшении собора является скульптурный рельеф в виде всевидящего ока на фасаде здания.

Собор был поврежден во время Первой и Второй оборон города. В 1855 году здание было разрушено, реконструкция проводилась до 1888 года.

В 1931 году богослужения в храме были прекращены. В здании был размещен Городской архив, который существенно пострадал во время Великой Отечественной войны.

Некоторое время в помещении располагался Театр им. Луначарского, позже — Городской Дом культуры (с 1950). В 2006 году собор передан церковной общине Севастополя, службы в нем возобновлены.

М 1:50