В.В. Вересаев в своих «Воспоминаниях» дает следующее описание храма: «Милая, дорогая сердцу церковь, белая, с большим белым куполом и золотыми крестами на куполе и колокольне». Архивные материалы, обнаруженные исследователем тульского зодчества В.Н. Уклеиным, бесспорно свидетельствуют, что автором проекта был архитектор В.Ф. Федосеев. Вот что говорит об архитектуре церкви В.Н. Уклеин: «Среди тульских культовых зданий обособленное место занимает Петропавловская ротонда.
Высокий массивный цилиндрический объем диаметром в двадцать метров, решенный в дорическом ордере, очень монументален, лапидарен, величав и, как большинство ротонд, торжественен». В 1736 году вместо деревянной церкви был построен небольшой каменный храм во имя апостолов Петра и Павла. В 1802 году на деньги прихожан возвели трапезную с двумя престолами: во имя мученика Иоанна Воина и во имя преподобного Феодосия Тотемского. Тогда же построили и колокольню. В 1833-1848 гг. была возведена новая, гораздо более обширная церков