Die Architektur der Peterskirche lässt den Übergang von der mittelrheinischen Spätromanik zur Gotik deutlich werden. Das Gotteshaus wurde in der Zeit vom ausgehenden 12. Jahrhundert bis 1269 als dreischiffige Emporen-Basilika erbaut und Ende des 19. Jahrhunderts erneuert. Der viergeschossige Wandaufriss orientierte sich trotz der weitgehend romanischen Bauweise an der Frühgotik des französischen Kirchenbaus, der in dieser Zeit besonders im Rheinland gern als Vorbild genommen wurde.
Der Turm wurde gleich zu Beginn errichtet, wohingegen der Chor erst nach 1350 entstand. Zum Ende des 15. Jahrhunderts waren die Mittelschiff-Gewölbe beendet.
Der Grundriss der Peterskirche musste wie bei vielen anderen Kirchen im Mittelrheintal an die räumlichen Gegebenheiten des engen Tales angepasst werden. Der schmale Platz zwischen Berghang und Straße sowie das ansteigende Gebäude ließen nur eine geringe Länge der Kirche zu. Steil fallen deshalb die Proportionen mit einer Länge von 11 Metern und einer Höhe von 17 Metern aus. An das Querhaus schließt sich im Osten eine halbkreisförmige Apsis an, flankiert von zwei runden Chortürmen. Dominiert wird das Kirchenbauwerk von dem in das Langhaus einspringenden Westturm, dessen zinnenbekröntes, spätgotisches Obergeschoss aus dem Jahre 1478 stammt. Eine schlanke, achtseitige Dachpyramide aus der gleichen Zeit bildet den Abschluss.

Die Orgel der Peterskirche wurde 1826 von den Gebrüdern Stumm (Sulzbach/Hunsrück) in dem historischen Orgelgehäuse aus den Jahren 1792-1793 erbaut. Das zweimanualige Instrument ist weitgehend erhalten und hat heute 26 Register.

Von 1194 bis zur Reformation gehörte St. Peter zum Kölner Andreas-Stift. Das Stift stellte den Pfarrer und war im Viertälergebiet zuständig für die kirchliche Gerichtsbarkeit, die ihren Sitz im alten Kurkölnischen Saalhof gegenüber der Kirche hatte. 1810 riss die französische Verwaltung den Saalhof ab, und heute befindet sich der Altkölnische Saal an der Stelle.