На центральному пагорбі, з боку Південної бухти, розташована церква апостолів Петра і Павла. Вона дивує своїм незвичайним виглядом: ніби давньогрецький храм перенісся з Греції до нас у Крим.
Історія цього храму така. У 1792 році на цьому місці була побудована одна з перших церков Севастополя Петропавлівська — невелика, дерев’яна, прямокутної форми. У 1837 році під час сильної бурі церква зруйнувалася. На її місці вирішили побудувати новий храм. Головний командир Чорноморського флоту і портів М. П. Лазарєв віддав перевагу проєкту молодого інженера-поручика морської будівельної частини В. А. Рульова (1811 — 1881), який задумав побудувати храм у строго класичному стилі.
Будівництво почалося 1840 року і було закінчено 1844 року. Церква своїм виглядом нагадує античний храм, за всіма фасадами оточений колонадою, виконаною із саматського вапняку. Головний і задній фасад завершені трикутними фронтонами, над якими колись височіли хрести, а сьогодні залишилися лише підстави. 
Після входу в нішах були встановлені скульптури святих апостолів Петра й Павла, виконані Ф. Пелліччо за зразками знаменитого данського скульптора Торвальдсена.
Під час Першої оборони Севастополя собор був сильно зруйнований: провалився дах, стіни і колони зіпсовані частим попаданням осколків. Після війни його відновили на кошти севастопольських купців Максимова і Кундишева-Володіна і знову освятили 17 грудня 1889 року. При храмі працювала церковно-парафіяльна школа.
У роки Великої Вітчизняної війни Петропавлівський собор постраждав незначно і був швидко відновлений. Спочатку в будівлі розмістився клуб тресту «Севастопольбуд», з жовтня 1946 року до 1957 року тут відбувалися вистави театру імені Луначарського, а потім у колишній церкві відкрився Міський Будинок культури. Нині в окремому приміщенні собору відбуваються церковні служби.