Петропавловский собор, безусловно, является ценнейшим архитектурным памятником, одним из духовных символов Казани. Построенный на возвышенном месте, красивый и величавый, собор отличается своеобразным убранством. Композиция храма и колокольни выполнены в стиле так называемого русского или «нарышкинского» барокко, распространенного в России в конце XVII - первой половине XVIII века. Подобная композиция встречается и в Казанском крае (Пятницкая церковь в Казани, церковь в Потанихе Высокогорского района; обе церкви построены на средства купца Михляева). Неповторимый облик собору придает, в первую очередь, декор - обилие фасадных деталей и их яркая раскраска, сохранившаяся до нашего времени. К сожалению, имена строителей собора остались неизвестны. Многие искусствоведы указывают на сходство декора с орнаментальным украшением храмов, строившихся в первой половине XVIII века на Украине. Возможно храм действительно строили малороссы, по Петропавловский собор не является простым механическим копированием какого-то стиля. Многое в его облике уникально и является плодом внестилевых пристрастий. Обращает на себя внимание, что парадная лестница, ведущая к алтарю верхнего храма, расположена со двора. Дело в том, что во времена строительства собора планировка казанских улиц была иной, чем сейчас. Нынешней улицы Джалиля не было, а с противоположной стороны проходил отсутствующий сейчас переулок, к которому был обращен и дом Михляева, и парадный вход в собор, и боковые приделы на первом и втором этажах. В конце XVIII века была введена регулярная планировка. Поэтому архитектурный облик собора удачно дополнила ограда со стороны Петропавловского переулка (улицы Джалиля), устроенная в 1850 году по проекту известного архитектора Михаила Петровича Коринфского.
Собором восхищались все гости Казани, здесь бывали все российские императоры и императрицы, начиная с Екатерины II, государственные и общественные деятели, писатели, в том числе Александр Сергеевич Пушкин. Описания собора содержатся в сочинениях Александра Гумбольдта и Александра Дюма. Между тем, собор был обычным приходским храмом. О Петропавловской церкви известно еще с 1565 года. Тогда на месте современного собора стояла небольшая деревянная Петропавловская церковь. Ее прихожанином был крупнейший казанский предприниматель Иван Афанасьевич Михляев, его дом и сейчас стоит во дворе собора, правда в сильно перестроенном виде. 27-30 мая 1722 года в доме Михляева останавливался император Петр I, направлявшийся в Персидский поход (кстати, в 1768 году в этом же доме останавливалась императрица Екатерина II). В память об этом событии Михляев решил вместо небольшой церкви построить собор. Бытовавшая в Казани в конце XIX- начале XX века легенда о том, что Петр I принимал участие в закладке собора документально не подтверждается. Храм строился по тем временам совсем недолго, уже в 1726 году он был освящен. В том же году была построена отдельно стоящая колокольня. Уже в 1728 году под колокольней в особом склепе был похоронен строитель собора И.А.Михляев.
Огромная заслуга в том, что в Казани сохранился такой великолепный храм, принадлежит не только строителям собора и И.А.Михляеву, но и соборным старостам и духовенству более позднего времени. Дело в том, что храм неоднократно подвергался частичному разрушению. Он был поврежден во время пожаров 1742, 1749, 1774 (при Пугачеве), 1815, 1842 годов. Особенно сильно собор пострадал в 1815 году, когда на 9 лет приход переместился в Гостинодворскую церковь. В 1824-1825 годах реконструкция была произведена на средства соборного старосты, казанского купца Саввы Степановича Зайцева (деда выдающегося ученого-химика Александра Михайловича Зайцева). С 1841 года почти целое столетие старостами избирались представители купеческой семьи Унжениных. В 1840-е - 1850-с гг. это был Василий Николаевич Унженин, в 1860-е - его двоюродный брат Василий Степанович Унжепин, в 1870-е -1880-е - сын Василия Степановича Петр Васильевич Унженин, с 1891 -его сын Василий Петрович Унженин, который оказавшись в вынужденной эмиграции в Китае вплоть до 1929 года присылал крупные суммы на содержание храма. К 1880-м годам собор сильно обветшал, основной причиной этого было разрушение фундамента, а колокольня стала даже крениться. Потеряли первоначальный облик многие детали декора. Староста П.В.Унженин и настоятель собора протоиерей Петр Васильевич Малов организовали в 1888-1890 гг. масштабную реконструкцию храма. Составлял проект и руководил работами молодой архитектор Михаил Нилович Литвинов (позже, в конце XIX - начале XX вв. он был архитектором храма Христа-Спасителя в Москве). Литвинов скрупулезно восстановил первоначальный облик собора. В этом ему помогли детальные рисунки и чертежи, которые еще в 
1815 году составил архитектор А.К.Шмидт. Были разобраны и выстроены вновь оба придела, паперть и лестницы, под колокольню подведен новый фундамент. По старым чертежам и рисункам восстановлены утраченные лепные украшения. Тогда же на колокольне установлены часы известного мастера Петра Ионовича Климова.
Эти работы стали одним из первых в России примеров высокопрофессиональной реставрации памятников архитектуры. Благодаря этой реконструкции собор сохранился до наших дней практически в первозданном виде.
Главный храм, разместившийся на втором этаже, был освящен во имя Святых Первоверховных Апостолов Петра и Павла, теплый храм на первом этаже - в честь праздника Сретенья Господня. Два небольших предельных храма до революции были освящены: верхний - в честь чудотворной иконы Божьей Матери «Живоносиый Источник», а нижний - в честь иконы Божьей Матери «Неопалимая Купина». К настоящему времени эти придельные храмы не действуют. В советское время собор продолжал действовать до 1939 года. Служивший здесь в 1917-1930 гг. священник Андрей Иванович Боголюбов был осужден за «антисоветскую деятельность», основой для обвинения послужили поступавшие из Китая денежные переводы бывшего старосты В.П.Унженина. После закрытия собор официально считался памятником архитектуры, охраняемым государством, в него водили экскурсии, в 1950-е - 1980-е годы здесь находился планетарий. Однако, собор постепенно терял свой неповторимый облик. В 1989 году храм возвращен церкви и сейчас является одним из наиболее посещаемых храмов Казани. Масштабные реставрационные работы продолжаются и сейчас. В соборе сохранился: древний семиярусный иконостас, богато украшенный в традициях русского барокко. Сохранившийся иконостас был
изготовлен в 1723-1726 гг., но после пожара 1815 года подновлялся в 1824-1825 гг. художником Василием Туриным. Одной из почитаемых икон местного ряда является икона святых первоверховных апостолов Петра и Павла.
Среди главных святынь Петропавловского собора - чудотворная Смоленская Седмиозерная икона Божией Матери, переданная в собор из церкви Ярославских чудотворцев (на Арском кладбище), где долгие годы хранилась, будучи спасена иеросхимонахом Серафимом (Кошуриным) после закрытия Седмиозерной пустыни в 1928 году. Другой почитаемой иконой является мироточивая Иверская икона Божией Матери (в нижнем храме). В верхнем храме собора находится гробница с мощами преподобных Ионы и Нектария, отца и сына, бывших бояр Застолбских, принявших монашество и являвшихся помошниками святителя Гурия. В нижнем храме почивают мощи митрополита Казанского Ефрема, венчавшего на царство в 1613 году Михаила Феодоровича Романова. Мощи были обретены во время раскопок, проводившихся под руководством Ж.Алфеевой и А.В.Журавского, в 1995 году на территории разрушенного Спасо-Преображенского монастыря Казанского кремля. В настоящее время в нижнем храме Петропавловского собора проводятся восстановительные работы. Установлен новый резной иконостас, расписаны стены храма. Петропавловский собор является одним из центров духовной жизни православных верующих Казанского края.
Журавский А.В., Липаков Е.В. Православные храмы Татарстана. - Казань, 2000.