Vienas žymiausių baroko statinių visos Europos mastu.
Ji buvo statoma tuo pat metu kaip ir Pažaislio kamaldulių bažnyčia. Fundatoriumi buvo irgi Pacas, tačiau jau kitas – Mykolas Kazimieras (apie 1624 – 1682), Lietuvos kariuomenės vadas. Pirmuoju ir pagrindiniu bažnyčios architektu buvo J. Zaoras (Soaca). 1668 m. į Vilnių jis atsivežė medinį bažnyčios modelį ir taip prasidėjo statybos.
Pasaulinį garsą bažnyčia pelnė ne dėl architektūrinio sprendimo ir net ne dėl fasado originalumo, bet dėl vidaus dekoracijų ir stiuko lipdinių, kurie yra išskirtiniai tiek grožiu tiek prabanga. Prie jų kūrimo prisidėjo keliolika, o gal net kelios dešimtys įvairių tautybių menininkų. Tačiau ypač didelis indėlis buvo dviejų tičiniečių – Dž. P. Perčio (Mudžas) ir Dž. M. Galio (Morbijo Inferiorė). 1676-1684 m. laikotarpyje jie sukūrė didžiąją dalį bažnyčios vidaus stiuko skultūrų, kurių iš viso yra apie 2000.
Stiukas – tai smulkiai malto gipso, kalkių, klijų ir marmuro miltelių mišinys. Jo pagalba galima buvo sukurti daug dinamiškesnes, vaizdingesnes ir turtingesnių formų skulptūras nei naudojant marmurą. Kaip tik todėl, XVII a. jis nuolat populiarėjo Europoje, o amžiaus antrojoje pusėje tapo viena iš pagrindinių dekoravimui skirtų medžiagų, daugelyje atvejų pakeisdavusių marmurą. Iš jo buvo lipdomos žmonių skulptūros, ornamentai, daiktai, gyvūnai ir ypač dažnai pasitaikantys augaliniai motyvai. Dažniausiai stiuko lipdiniai būdavo baltos spalvos, bet kartais nudažomi.
Ši sudėtinga ir labai brangi technologija to laikmečio vakarų Europoje buvo naudojama tik freskų, altorių, fragmentiškam sienų, skliautų ar lubų dekoravimui, o Vilniaus bažnyčioje, stiuko skulptūromis nudabintos visos sienos ir lubos, paliekant mažai vietos pasireikšti mažiau prabangiems meno kūriniams, pavyzdžiui, freskoms. Šv. Petro ir Pauliaus bažnyčios stiuko dekoracijos, savo gausa ir atlikimo profesionalumu, lygintinos tik su keliais Europoje esančiais panašiais šedevrais: Passau katedra (dekoruota iš Tičino kilusios Karlonių (Carloni) šeimos atstovų), Santa Maria della Verità bažnyčia Neapolyje, teatinų bažnyčia Miunchene (tarp pagrindinių dekoruotojų buvo Perčių giminės atstovas), dominikonų bažnyčia Vienoje, augustinų – Waldhausene, Dž. Serpotos (Serpotta) darbais Sicilijoje ir Baldasaro Fontanos kūriniais vidurio-rytų Europoje.
