Znajduje się na terenie Dolnego Zamku (z okolicznymi ziemiami) i zajmuje jedno z dominujących miejsc w historycznej zabudowie Łucka.
Przedstawiciele Towarzystwa Jezusowego pojawili się w Łucku na początku XVII wieku na zaproszenie biskupa Marcina Szyszkowskiego. Kamień węgielny został uroczyście wmurowany w dniu 16 lipca 1616 roku, oraz konsekrowany przez biskupa Pawła III Wołuckiego, a nadzór nad budową sprawował włoski architekt Giacomo Briano. Konsekracja kościoła ku czci Świętych Apostołów Piotra i Pawła miała miejsce w 1639 roku, dwadzieścia trzy lata po rozpoczęciu budowy.
Główną fasadę świątyni zdobi pięć autentycznych drewnianych posągów i cztery tablice pamiątkowe. A dwie wieże katedry mają różne kształty – ośmiokątne i czworokątne. Przyczyną nierówności baszt może być funkcja obronna, gdyż w trakcie budowy zakładano, że budynek może służyć zarówno obronie, jak i ochronie ludności. Zróżnicowany kształt wież pozwala kontrolować najbardziej wrażliwe obszary.
W swojej 400-letniej historii kościół był świadkiem wielu wydarzeń. W 1944 roku kościół został uszkodzony, a później zamknięty.
Pomieszczenia były wykorzystywane do różnych celów. Zakrystia służyła jako miejsce do wyrobu zabawek choinkowych, w nawach przechowywano kostiumy teatralne i dekoracje. Później otwarto Muzeum Historii Religii i Ateizmu. Wiele obiektów zostało zniszczonych przez ówczesne władze, w tym dwadzieścia obrazów, organy itp.
Po długiej przerwie, w dniu 27 września 1990 roku, odbyło się pierwsze nabożeństwo w funkcjonującym wówczas muzeum. W kolejnych latach kościół został naprawiony i odrestaurowany zgodnie z przeznaczeniem.