В 1736 году на месте снесенного здания в северной части парка заложен храм Петра и Павла «тщанием Ивана Максимовича Затрапезного, который задумал как вечное напоминание об имени Великого Преобразователя России Петра I и чтоб было сходство с построенным Петром в Петербурге Петропавловским собором». И в самом деле, Ярославская церковь повторяет знаменитый храм Петропавловской крепости, возведенный в 1712-1733 годах по проекту Доменико Трезени. Имя зодчего, построившего храм в Ярославле, затерялось в глубинах истории, но скорее всего, это был кто-то из учеников Д.Трезини.

К 1742 году была построена и освещена теплая церковь на 1 этаже храма с главным престолом во имя Симеона Богоприимца и Анны Пророчицы – святых покровителей семьи Затрапезновых. В этом же году на паперти был перезахоронен Иван Затрапезнов, умерший в 1741 году.

Холодный храм на втором этаже, с главным престолом во имя Святых апостолов Петра и Павла – святых Петра I, был достроен в 1744 году и освящен ростовским митрополитом Арсением.

В 1900 году в храме совершил службу настоятель Кронштадтского Андреевского собора о. Иоанн Ильич Сергиев (Кронштадтский) с духовно-нравственной проповедью.

В 1939 году церковь Петра и Павла была закрыта, снята глава, уничтожено надгробие И.М.Затрапезнова.

Храм был возвращен Русской Православной церкви только в 1997 году.

Богослужения в храме были возобновлены в 1999году.