Křesťanský chrám se stavěl téměř dvě stě let

Původní první bazilika byla postavena už za císaře Konstantina I. Velikého na místě, kde podle legendy byl pohřben po svém umučení sv. Petr. Vysvěcena byla už v první polovině 4. století. Papež v té době ale nesídlil ve Vatikánu, nýbrž v paláci v Lateránu v Římě. Přesídlil se až v 6. století. Roku 847 však postihl stavbu požár, musela být tedy opravena a znovu vyzdobena. Papež byl tak nucen se vrátit zpět do Lateránu.

Bazilika byla později přestavěna v gotickém slohu, vypadala potom jako nedobytná pevnost a budila dojem, že se jedná pouze o útočiště v případě ohrožení. Během 13. a 14. století v době avignonského zajetí (kdy papeži sídlili ve Francii) se ale o budovu nikdo nestaral, a tak bazilika zchátrala. Papež Mikuláš I. proto roku 1451 vydal dekret o výstavbě nového chrámu sv. Petra.

18. dubna 1506 začala výstavba Baziliky svatého Petra, byl položen základní kámen pod vedením italského architekta Donata Bramanta. O poctu postavit papežský chrám se ucházelo mnoho římských architektů, i Michelangelo Buonarroti, vybrán byl však Bramanteho návrh. Bazilika měla mít tvar řeckého kříže, ústřední roli měla hrát velká kupole a okolo ní čtyři menší kupole, které se nacházely nad čtyřmi postranními kaplemi.

Zpočátku práce postupovaly rychle, Bramante si dokonce postupně najal pět podřízených architektů. Potíže nastaly až po Bramanteho smrti roku 1514, když práci  převzal Raffael Santi. Santi nebyl žádný architekt, spíše malíř, přijímal proto rady od Antonia de Sangalla mladšího, jehož záměry se začaly vzdalovat od Bramanteho plánů. Sangallo byl především renesanční umělec a měl svou vlastní hlavu. Za čistě Sangallovu práci je na bazilice považována menší ochranná budova, která byla postavena přímo nad hrobem sv. Petra. Stavba samotné budovy chrámu moc nepokračovala.

Antonio de Sangallo vytvořil projekt, v němž už bazilika neměla tvar řeckého kříže. Roku 1527 ale do Říma vtrhla vojska německého císaře Karla V. a město se vylidnilo. Práce na bazilice se zpomalily.

Až roku 1547 byl konečně pověřen dvaasedmdesátiletý Michelangelo doživotním hlavním stavitelem baziliky. Paradoxně až pár let poté, co tento slavný italský malíř a architekt nejdříve vymaloval Sixtinskou kapli.

Michelangelo byl už roku 1506 vyzván, aby vyzdobil klenby stropu baziliky, a to samotným papežem Juliem II. V letech 1508 až 1512 se dal do díla a později v letech 1536 až 1541 namaloval ještě na zadní stěnu Sixtinské kaple fresku Poslední soud, tentokrát na přání papeže Pavla III. Sixtinská kaple je součástí původní stavby z 15. století, zde se koná tzv. konkláve (shromáždění kardinálů k volbě papeže).

Jako architekt Baziliky svatého Petra se Michelangelo vrátil k plánům stavby podle Bramantea, jen je trochu pozměnil. Bazilika měla mít pouze jednu kopuli, o to ale větší a majestátnější, tvar řeckého kříže ponechal. Do konce Michelangelova života měla bazilika základní tvar, vznikl model kopule a původní zdi byly zesíleny, protože podle stavitelova mínění, by celou stavbu neunesly.

Michelangelo zemřel v roce 1564, ihned poté práci převzal Jacopo Barozzi da Vignola spolu se svým synem. Ti až do roku 1573 pokračovali tam, kde slavný italský umělec skončil.

Po nich vedení nad stavbou převzal Giacomo della Porta, který ač byl Michelangelovým žákem a spolupracovníkem, neřídil se jeho plány. Hlavní obrys a vnitřní uspořádání ponechal, kopuli nicméně pozměnil. Začal s její stavbou, ale nedokončil ji. Jeho nástupce Domenico Fontana roku 1590 stavbu kopule dokončil, podle počáteční konstrukce hlavní kopule od della Porta byla složena ze dvou skořepin, vnitřní kulatější a vnější strmější.

V roce 1606 se začalo s bouráním zbytků staré baziliky. Roku 1607 převzal zodpovědnost za dostavbu svatostánku Carlo Maderno, italsko-švýcarský architekt, zakladatel barokní architektury, a právě od něj jsou na bazilice znát barokní rysy, stavba proto není čistě renesančním dílem. Budovu protáhl do tvaru latinského kříže, a tak vznikl tvar, jak jej známe dnes. V barokním stylu dokončil fasádu, průčelí a atrium baziliky, nic není ale čistě barokní.

Posledním architektem Baziliky svatého Petra se stal roku 1629 Gian Lorenzo Bernini, italský barokní architekt, ale také malíř a sochař. Jeho úkolem už bylo pouze chrám „dozdobit“. Vytvořil sochy na Svatopetrském náměstí i bronzový baldachýn nad hrobem sv. Petra, jehož výška sahá až k 29 metrům. Zde už vzniklo čistě barokní umění. Dále je jeho dílem Náhrobek hraběnky Matyldy Toskánské, umístěný na pravé boční lodi v bazilice, mramorový reliéf nad hlavním vchodem Pasce Oves Meas a několik dalších náhrobků a soch v Bazilice svatého Petra.

Bazilika svatého Petra je vskutku velkolepé dílo. Vysvěceno bylo už 18. listopadu 1629, ale poslední práce na něm byly dokončeny až roku 1680. Stavba tedy trvala úctyhodných 174 let.

Bazilika byla největším křesťanským chrámem na světě až do roku 1990, kdy papež Jan Pavel II. vysvětil Baziliku Panny Marie Vítězné v Pobřeží slonoviny, jejíž kopule je vysoká 158 metrů. Bazilika svatého Petra pojme neuvěřitelných 60 tisíc lidí, což je větší fotbalový stadión, má 30 oltářů, její plocha činí 15 160 metrů čtverečních. Výška v kopule činí 136,57 metru, střední loď má 46,20 metru, průměr kopule je 42,56 metru, římský Pantheon s největší kopulí na světě má průměr 43,22 metru. Délka Baziliky čítá 211,5 metru.