Кто был архитектором храма и его строителями – неизвестно. Скорее всего, чердынские крестьяне, приписанные к Петропавловскому заводу. В посёлке Ныроб Пермского края есть храм Николая Чудотворца, построенный в начале 18 века в стиле «Московское барокко», как и Североуральский.

С 1907 по 1910 годы в Петропавловском храме служил Аркадий Николаевич Гаряев (в 2002 г. причислен к Собору новомучеников и исповедников Российских ХХ века). Во время службы в Петропавловском храме отец Аркадий был свидетелем приезда Преосвященного Епископа Екатеринбургского и Ирбитского Владимира в 1908 г.
Последним священником перед закрытием храма был Сергей Николаевич Ежов. Он уехал в Нижний Тагил и работал на заводе. Но в 1936г. был приговорен к 7 годам лишения свободы «за антисоветскую агитацию». Последний священник пропал в лагерях, а храм служил совсем не по назначению: клуб, общежитие, склад, мастерская по изготовлению гробов.
В 1989 году принято решение о передаче церкви религиозной общине. Началась работа по восстановлению здания, возглавил её священник Иван Иванович Голдич.
26 октября 1989 года состоялось освящение первого этажа и первая литургия.
В 1991-м – освящение второго этажа. В 1990–91 годах восстановили купола и шпиль с крестом из нержавеющей стали (изготовлены на Серовском механическом заводе).
Колокола отлиты на Синарском трубном заводе города Каменск –Уральский, установлены в 1992-м. Не так давно восстановлен для служений 2 этаж.
Здание является памятником архитектуры федерального значения и охраняется государством.