В эпоху античного Рима это место между Тибром и двумя холмами — Яникул и Ватикан, было занято цирком Нерона. Здесь принял мученическую смерть и был захоронен Св. Петр — «князь» Апостолов. При папе Анаклете на этом месте была построена небольшая базилика ad corpus (с телом), или просто усыпальница. В 324 году император Константин заменил скромную усыпальницу на базилику в стиле, характерном для раннехристианских церквей Рима. Завершенная в 349 году Констанцием, сыном Константина, эта базилика со временем значительно обогатилась за счет щедрых даров пап и богатых жертвователей. Именно здесь, в этой базилике Константина, Карл Великий в 800 году принял корону из рук папы Льва III, а вслед за ним здесь же были коронованы императоры Лотарь, Людовик II и Фридрих III. Тысячу лет спустя после ее основания базилика Св. Петра превратилась в руины, и только при папе Николае V, по совету теоретика Раннего Возрождения Леона Баттисты Альберти, началось восстановление и расширение базилики на основе проекта Бернардо Росселлино. В самый разгар строительства, когда началось возведение новой кафедры, все работы были прекращены в связи со смертью папы Николая V. И только в 1506 году при папе Юлии II делла Ровере строительные работы были возобновлены. Большая часть бывшей базилики была разрушена Браманте (получившим титул мастера-разрушителя), который решил построить здание заново в современном классическом стиле: то есть здание должно было иметь в плане греческий крест, по образцу Пантеона.

За полвека в строительстве собора участвовали, сменяя друг друга, зодчие Фра Джокондо, Рафаэль, Джулиано да Сангалло, Бальдассаре Перуцци, Антонио да Сангалло Младший и, наконец, Микеланджело, который видоизменил проект Браманте, увеличив размеры собора и увенчав его огромным куполом (ранее купол был полусферическим). Вслед за Микеланджело здесь работали такие мастера, как Виньола, Пирро Лигорио, Джакомо делла Порта и Доменико Фонтана, которые строго следовали принципам, завещанным Микеланджело. Затем, при папе Павле V, было решено вновь перепланировать здание базилики, вернувшись к идее латинского креста. С этой целью архитектор Карло Мадерна добавил с каждой стороны здания по три капеллы и продлил неф до размеров современного фасада, ставшего предметом конкурса проектов, в котором одержал победу Мадерна. Работы были начаты им в 1607 году и завершены в 1612. Для строительства потребовались "целые горы травертина из карьеров Тиволи".

Фасад собора поражает своими мощными формами, торжественной ритмикой коринфских колонн и пилястров центрального портала и боковых арок. Арка Колоколов, расположенная слева, ведет в город Ватикан. Верх украшен девятью балконами. Венчающим элементом является традиционный аттик с балюстрадой, на которой возвышаются тринадцать огромных статуй Апостолов (кроме Св. Петра), Христа и Иоанна Крестителя. И наконец, над всем этим доминирует величественный купол с мощными нервюрами — творение Микеланджело. По обеим сторонам его расположены два меньших купола, венчающих капеллы Грегориана и Клементина, выполненные Джакомо Бароцци да Виньола. После смерти Карло Мадерна, последовавшей в 1629 году, работу в соборе возглавил гениальный архитектор Лоренцо Бернини. Он придал собору ярко выраженную барочную окраску. Достаточно упомянуть декорировку центрального и боковых нефов, создание знаменитого бронзового балдахина (начатого в 1624 году и открытого в день Св. Петра в 1633 году), а также декорировку пилястров основания купола четырьмя огромными статуями и, наконец, возведение в глубине апсиды Кафедры Св. Петра, которая является одним из самых великолепных архитектурных достижений Бернини. Она включает в себя старинную деревянную кафедру, с которой, по легенде, проповедовал сам апостол Петр. Папа Александр VII, который финансировал работы по строительству этой кафедры, поручил также Бернини окончательное оформление площади Св. Петра.

Собор Св. Петра хранит бесконечное множество знаменитых памятников: от прекрасной Пьеты Микеланджело до бронзовой статуи XIII века Св. Петра благословляющего, почитаемой верующими; надгробный памятник папе Урбану VIII работы Бернини, а также надгробный памятник папе Павлу III работы Гульельмо делла Порта; гробницу, выполненную из бронзы Антонио Поллайоло для папы Иннокентия VIII, которая раньше находилась в старой базилике Св. Петра и памятник Стюартам работы Антонио Кановы. Следует упомянуть также купель из порфира, переделанную архитектором Карло Фонтана из античного саркофага, в котором хранились когда-то останки папы Оттона II.