Впервые болонский храм святого Петра упоминается в Х веке, но в 1141 году он был уничтожен огнём. В 1184 году восстановленную в романском стиле церковь вновь освятил Папа Римский Луций III. Новый собор был дополнен криптой и колокольней.
В 1222 году собор святого Петра получил повреждения при землетрясении, и его восстановили в готическом стиле. Тогда же были построены ворота Львов со стороны современной улицы Альтабелла. После создания Болонской архиепархии в 1582 году эта церковь стала её кафедральным собором.
В XVI веке были сооружены главная колокольня и крипта, в XVII веке — центральный неф. Строительство закончилось в 1743-1755 годах, когда появились новый фасад и две колокольни.
В болонском соборе святого Петра можно увидеть скульптурные группы, росписи Лудовико Карраччи, Просперо Фонтана и Маркантонио Франческини. С 2000 года здесь работает храмовый музей с предметами религиозной утвари. Службы в церкви проводятся регулярно по праздникам и в будние дни.
