На территории современной Эстонии после Реформации не было католических храмов. С 1799 года поляки, проживавшие в Таллинне, использовали для богослужения трапезную бывшего доминиканского монастыря святой Екатерины. Построить католическую церковь В Таллинне было решено только после того как католическая община возросла до 1500 человек. Проект церкви был разработан архитектором Карлом Росси. В 1841 г. началось строительство храма. 26 декабря 1845 г. состоялось освящение церкви.

В 1924 году церковь святых Петра и Павла стала кафедральным собором.

Церковь Св. апостолов Петра и Павла выстроена в классическом стиле, в форме базилики и имеет две неоготические башни. Внутреннее пространство церкви разделяют три нефа.
В период с 1920 по 1924 г. фасад церкви был перестроен по проекту архитекторов Эриха Якоби и Франца де Врие. В 1938 гг. по проекту архитектора Николая Тамма мл. был изменен интерьер собора. В 2002-2003 гг. интерьер вновь изменили - заменили пол, перекрасили стены в более светлые тона.

По обе стороны алтаря собора установлены две статуи - Св. Петра и Павла работы скульптора, уроженца Таллинна Роберта Йоханна Сайлмана (1813-1874).
В оформлении собора использована серия «Виа Долороза» ( лат. Via Dolorosa, буквально «Путь Скорби») — улица в Старом городе Иерусалима, по которой, как считается, пролегал путь Иисуса Христа к месту распятия. На Виа Долороза находятся девять из четырнадцати остановок Крестного пути Христа). Автор - художник Маттеус Шистл (Matthaus Schiestl, 1869-1939 ).

Самым главным сокровищем этого собора считается икона Успения Пресвятой Девы Марии работы Гвидо Рени, которая находится в алтарной части церкви. Ее преподнес храму король Баварии Людвиг I.

Во время моего визита в Таллинн в сентябре 2013 г. Собор был открыт только с 18-00 для службы - через день для поляков и эстонцев.