В 1750-53 годах настоятель монастыря архимандрит Пахомий в почитание своего небесного покровителя на южном дворе обители по проекту архитектора, принадлежавшего к школе Дмитрия Ухтомского, воздвиг небольшой надвратный храм во имя преподобного Пахомия Великого. Для подклета его была использована часть бывшего усадебного дома Нарышкиных.
Сооружением Толгского и Пахомиевского храмов и был завершен в основных своих очертаниях архитектурный ансамбль Высоко-Перовского монастыря, который стал поистине выдающимся произведением русской культуры, запечатлевшим красоту и достоинства стиля нарышкинского барокко.
После пожара 1812 года храм Пахомия не был заново освящен и был выведен из числа действующих храмов Обители. В 1914 году храм был отреставрирован и освящен настоятелем монастыря архимандритом Никодимом во имя святых апостолов Петра и Павла. В богоборческое время храм был закрыт и использовался как жилой фонд.
25 ноября 2012 года на строительной площадке по реконструкции административного здания по адресу ул. Петровка, 26 упал башенный кран. В результате падения была повреждена кровля храма, а стрела крана согнулась в нескольких местах, как будто обнимая купол недействующего храма.
В 2014 году кровля храма была полностью отреставрирована, и 25 ноября 2014 года архиепископ Каширский Феогност, викарий Святейшего Патриарха Московского и всея Руси, освятил заново вызолоченный накупольный крест, который затем установили на отреставрированный купол Петропавловской церкви.
В настоящее время завершены работы по реставрации храма и сейчас наш монастырь трудится над восстановлением внутреннего убранства церкви.