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. Храм был построен на собранные всем миром средства, когда окончились особо трудные для обители времена. (Монастырский приказ не только не давал денег на ремонт обветшавших строений, но и требовал с монастыря так называемые оброчные деньги, которых едва хватало на обеспечение жизни братии. Однажды в обитель даже был прислан офицер, который фактически арестовал настоятеля, требуя выплаты долга.)
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 и дивное мастерство художников, его сотворивших.
После пожара 1812 года храм Пахомия не был заново освящен и был выведен из числа действуют 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 недейсьвующего храма.
В 2014 году власти города возместили ущерб, нанесенный краном храму, 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.
