彼得保罗大教堂是彼得保罗要塞建筑群中最著名的建筑，建于1703年，原先是木质的，1712-1733年在原处改建为石砌的大教堂。是一座早期俄罗斯巴罗克式大教堂。教堂外表庄严肃穆，内部装饰富丽堂皇，有镀铜的吊灯和有色的水晶枝形灯架。 教堂内壁装饰有43幅精雕细镂的木刻雕像。教堂内有从彼得大帝到亚历山大三世的俄国历代沙皇的陵墓，许多大公也附葬于此，均立有大理石墓碑。1998年7月17日，末代沙皇尼古拉二世及其全家的遗骸也安葬于这里。

大教堂的钟楼高122米，到本世纪中叶，是全城最高的建筑物。钟楼尖顶上的天使塑像高3.2米，塑像双翼伸展3.8米，塑像头上十字架高6.4米。塔金光闪闪的尖顶直刺蓝天，景色十分迷人。在教堂旁有一座小亭子，装饰有圆柱和航海女神的塑像，是保存彼得大帝的一只小船的船屋。现小船已移往中央海军博物馆中。