В 1720-е годы Демидовы строят на реке Чёрный исток железоделательный завод. Так как первопоселенцами заводского посёлка были преимущественно старообрядцы, храма в Черноисточинске не было более ста лет. Деревянный храм был построен в 1834 году.

В 1854 году церковь сгорела при пожаре. С 1856 по 1862 год Демидовы ведут строительство большого каменного храма, освящённого в честь апостолов Петра и Павла. Построенный в классическом стиле храм также вобрал в себя нарядные элементы русского стиля и петровского барокко.

За все годы советской власти богослужения в храме прекращались лишь с 1941 по 1943 год. Но в это тяжёлое время прихожане не позволили разграбить и осквернить храм, потому церковь Петра и Павла сохранила своё внутреннее убранство.

В 2020 году начались ремонтные работы в сторожке, где раньше крестили младенцев.