Można przypuszczać, że miejsce dzisiejszego kościoła pokrywało się z pierwotnym Hammaburg i że znajdowały się tu wcześniejsze kościoły. Pierwszy kościół św. Piotra powstał prawdopodobnie na początku XII w. W 1195 jest wzmiankowany po raz pierwszy jako kościół targowy. Okolu 1310 rozpoczęto wznoszenie gotyckiej, trójnawowej świątyni, która była gotowa w 1418. Inskrypcja na ozdobnej kołatce z brązu w kształcie głowy lwa, najstarszym zachowanym dziele sztuki w Hamburgu, informuje o położeniu kamienia węgielnego pod budowę wieży kościelnej w 1342. Była gotowa w 1516 i przewyższyła wieżę stojącej w pobliżu Katedry Mariackiej.

W latach 1804-1807 kościół św. Piotra służył, podobnie jak wiele innych kościołów, jako stajnia oddziałom napoleońskim. Kościół św. Piotra spłonął w 1842 w wielkim pożarze Hamburga. Większość dzieł sztuki, w tym słynną kołatkę do drzwi w kształcie głowy lwa udało się jednak uratować. Natychmiast po pożarze postanowiono odbudować kościół według pierwotnych, średniowiecznych planów. Zadania tego podjęli się architekci Alexis de Chateauneuf i Hermann Peter Fersenfeldt. Kościół odbudowano w latach 1844-1949 natomiast wieżę w latach 1866-1878; jej hełm, pokryty miedzianą blachą, zaprojektował Johann Maack.

W pierwszej połowie XX wieku parafia kościoła św. Piotra straciła wielu członków ponieważ zdecydowano się wyburzyć część zabudowy mieszkaniowej, aby zrobić miejsce pod domy towarowe i biurowce.

Kościół przetrwał okres drugiej wojny światowej zasadniczo bez większych uszkodzeń. W 1962, podczas budowy w pobliżu kościoła centrum parafialnego odkryto fundamenty średniowiecznej tzw. wieży biskupiej.

W 1979 kościół był okupowany przez protestujących przeciwników energii atomowej; wśród nich był późniejszy główny pastor kościoła, Christoph Störmer.

W 1995 odrestaurowano portal wejściowy.

W latach 2005-2007 miała miejsce renowacja zachodniej i południowej fasady kościoła. Budynek kościoła spowiła z tej okazji olbrzymia reklama firmy H&M, która wyłożyła fundusze na renowację.