La primera mención de una parroquia dedicada a los santos Pietro y Paolo en Pitigliano se remonta al año 1061. En 1276 se indicaban tres iglesias parroquiales: San Giovanni, Santa Maria y San Pietro, esta última más tarde se convirtió en "colegiata" y recibió el título de San Pietro y San Paolo. Fue restaurada varias veces, sobre todo en 1509 por orden de Nicolás III Orsini, conde de Pitigliano.
La fachada está dividida en tres partes por cuatro grandes pilastras. A los lados del portal de travertino del siglo XVI, coronado con estucos del siglo XVIII que representan Querubines sosteniendo la cruz, hay dos nichos, uno con la estatua de San Pablo, y el otro con San Pedro. El segundo orden de la fachada consta de tres ventanas con marcos de estuco. El tercero termina con el tímpano, donde hay un bajorrelieve en mármol de Carrara que representa la Ascensión de María con San Roque y San Francisco.
El aspecto de la iglesia es el que se le dio en el siglo XVIII, cuando se añadieron las capillas laterales, la estructura barroca del altar, y el conjunto de elementos arquitectónicos y decorativos. Entre las obras se destacan las de la bóveda, que en las cuatro esquinas alberga las imágenes de los cuatro evangelistas, mientras que en el centro se encuentra la Gloriosa Cruz.
En el exterior, a la izquierda de la catedral, se encuentra el campanario originalmente utilizado para actividades civiles y militares. Al principio, la estructura sólo preveía dos órdenes (como lo atestigua el escudo municipal de la ciudad de Pitigliano), pero en la época de los Médici se añadió un tercer orden, que atribuía a la torre el papel de campanario.