1128 besuchte Bischoff Otto von Bamberg Wolgast und predigt und tauft dort. Er ließ den Gerovit-Tempel schleifen und an seiner Stelle eine erste Kirche in Holzständer-Bauweise errichten. 1282 wurden Privilegien für die Stadt durch Lübisches Recht bestätigt. Vermutlich begann man darauf hin mit dem Bau einer Backsteinhallenkirche.
Dieser zweite Bau wurde wohl 1369 in den Neubau einer Hofkirche integriert. Diese wurde als dreischiffige Backsteinbasilika mit Chorumgang angelegt. Man begann vom vorletzten Joch der vorhandenen Kirche aus das höher Hauptschiff nach Osten hin vorzutreiben. Parallel dazu veränderte man auch das Westwerk.
In der ersten Hälfte des 15. Jahrhunderts wurden die niedrigeren Seitenschiffe errichtet. Mauerteile der vorhandenen Kirche wurden im südlichen Seitenschiff ins neue Bauwerk einbezogen. Im letzten Viertel des 15. Jahrhunderts wurden die beiden Südkapellen errichtet.
Mehrfach wurde die Stadt in den Jahren 1512, 1628 und 1713 niedergebrannt. 1713 brannte die Kirche St. Petri bis auf die Teile des südlichen Seitenschiffes und beide Südkapellen völlig aus. Der einstürzende Turm zerstörte sämtliche Gewölbe bis auf jene im eben erwähnten Bereich.
Beim Wiederaufbau erhielt der obere Teil des Turmquaders eine oktogonale Form. Ebenso wurde ein weit geschweiftes Dach mit Laterne und Spitze aufgesetzt. 1920 kam es durch einen Blitzschlag wieder zu einem Brand im Turm. Dabei stürzte auch die barocke Turmhaube ab. Die Laterne des Turmes wurde dann durch ein als Übergangslösung gedachtes Zeltdach ersetzt, welches der Kirche jedoch bis heute das ihr typische Aussehen verleiht.
Zwischen 1560 und 1587 wurde in der Kirche eine Gruft für die Särge der Herzöge Wolgast-Pommerns eingerichtet. 1688 wurde die Gruft allerdings geplündert und die Särge sowie ihr Inhalt schwer beschädigt. Mehrere Jahre wurden die Gruft und die Särge der Herzöge restauriert und rekonstruiert. Seit 2007 sind diese Arbeiten abgeschlossen. 2010 erhielt man dafür den Europa-Nostra-Preis im Bereich Denkmalerhaltung durch die Europäische Union. Zudem erhielt St. Petri 2011 aufgrund der Bedeutung der Herzoggräber die Anerkennung als „Denkmal von nationalem Rang“.
