В государственных архивах Воронежской области был обнаружен документ датированный 1911 годом. Эта ведомость составлена в Преображенской церкви Богучарского уезда Воронежской епархии, в слободе Петропавловка. В данном документе написано, что Преображенская церковь была построена силами прихожан в 1775 году. В 1861 году церковь была перестроена.
     Изначально церковь святых апостолов Петра и Павла была Преображенской. Она была трехпрестольной. Главный предел  в честь Преображения Господня, правый  апостолов Петра и Павла, левый  иконы Божьей Матери «Всех скорбящих Радость». На приходе были школы: одноклассная церковная для девочек (по данным на 1911 год в ней обучалось 46 девочек); детская школа; второклассная церковная школа.
     В 1933 году храм был закрыт. 24 августа 1935 года в Петропавловке Преображенская церковь была перестроена в дом культуры, здесь размещалась и районная библиотека. Позднее был кинотеатр.
      25 октября 1990 гола был принят закон «О свободе вероисповедания», и с 1990 года в селе стали вестись работы по восстановлению Петропавловской церкви.
       Первым настоятелем храма, после долгих лет безбожия, стал священник Виктор Цокало. При его служении была отреставрирована трапезная часть храма, здесь же отгорожен алтарь. Возведены стены колокольни. Частично огорожена территория храма кирпичным забором.   
        С 12 апреля 2007 года указом митрополита Воронежского и Борисоглебского Сергия настоятелем храма назначен иерей Андрей Климов. С этого времени в храме ведется большая работа по восстановлению и благоукрашению  храма, а также его территории. В первую очередь началось строительство лестничных маршей на колокольню, а на средства прихожан, фермеров и предпринимателей района приобретены колокола.
      28 октября 2007 года, впервые в истории существования Петропавловского района, по приглашению настоятеля храма, его посетил митрополит Воронежский и Борисоглебский Сергий. Владыка отслужил Божественную Литургию и освятил новую звонницу.
      При храме работают библиотека, воскресная школа.