Кафедральний собор міста Пітерборо присвячений святим Петру, Павлу та Андрію. Він виконаний у романо-норманнском архітектурному стилі. Будівництво собору тривало понад сто років і йшло з 1118 по 1237 року, що робить цей кафедральний собор одним з небагатьох будівель XII століття, що збереглися і донині в практично первозданному вигляді. Особливо цікавий західний фасад собору, виконаний в раннеготічеського стилі і не має аналогів. Він складається з трьох величезних арок, при цьому дві башти собору залишилися недобудованими, і тому вони видно здалека. З-за цього собор у Пітерборо здається злегка асиметричним.

З 655 року на місці сучасного кафедрального собору розташовувався монастир, який був зруйнований під час набігів вікінгів в 864-870 роках. У капелі Діви Марії зберігається стародавній камінь Хедды – святого мученика і колишнього настоятеля цього монастиря. На самому камені висічені зображення 12 ченців, загиблих від руки вікінгів.

У середині X століття почалося відродження монастирів, і в 966 році в Пітерборо був зведений бенедиктинський монастир, головна церква якого – святого Петра – і дала ім'я разросшемуся навколо місту. Цей собор святого Петра проіснував до пожежі 1116 року. Фрагменти елементів старого собору, виконаного ще в англо-саксонському стилі, були виявлені в ході розкопок під південним трансептом. На території монастиря були знайдені могильні плити, які датуються XI століттям.

Будівля сучасного кафедрального собору було закінчено до 1193 році, а між 1230 і 1250 роками був розписаний дерев'яна стеля – унікальний у всій Англії і один з чотирьох, виконаних в подібному стилі взагалі в Європі. Його двічі зафарбовували – 1745 і 1834 роках, але змогли врятувати. У 1237 році був закінчений західний трансепт і західний фасад, виконаний вже у готичному стилі, в той час як інша частина собору належить романо-норманському стилю. Подальші роботи – перебудова романської вежі в стилі декоративної готики в 1350-1380 роках і додавання готичних вікон – не змінили основний картини. На зламі XVI і XVII століть була перебудована дах пресвітерія, а до східної апсиди було прибудовано так зване нове будівля прямокутної форми.

Монастир міста Пітерборо був шостим найбагатшим монастирем в Англії до початку Реформації, в ньому проживало понад 120 ченців. Він славився своїм реликварием – у ньому зберігалися мощі святих Петра, Павла і Андрія, одяг немовляти Ісуса і Діви Марії, рука святого Освальда, короля Нортумбрії, а так само останки святого Томаса Бекета, доставлені пріором Бенедиктом, свідком його вбивства. На жаль, всі святі мощі були втрачені в результаті розпуску монастиря в 1541 році. Зберігся тільки сам собор, який став центром дієцезії Пітерборо і резиденцією єпископа.

У кафедральному соборі Пітерборо похована перша дружина короля Генріха VIII – Катерина Арагонська, при цьому на її надгробку викарбовано «Катерина, королева Англії», хоча після розлучення з Генріхом вона до кінця своїх днів була позбавлена королівського титулу. Тут же в 1587 році відразу після страти була похована Марія Стюарт, королева Шотландії, і тільки в 1612 році за наказом її сина, короля Англії Якова I її тіло перепоховали у Вестмінстерському абатстві.

В 1643 році, в розпал Громадянської війни собор був пограбований парламентськими військами – були вибиті вітражі, зруйновані середньовічні хори, пошкоджений вівтар. У 1883 році почалися великі реставраційні роботи, в ході яких заново були побудовані хори, головний вівтар, зведена кафедра, і викладений мармурова підлога.

22 листопада 2001 року загорілися пластикові стільці біля північного вівтаря. Незважаючи на швидкий приїзд пожежників, з-за їдкого диму і попадання води надовго вийшов з ладу орган.

У 2006 році почалася реставрація західного фасаду собору і, в особливості, скульптур святих, розташованих на фронтоні. Роботи обійшлися в півмільйона фунтів.