Als im 7. Jh. die ersten befestigten Anlagen auf dem Kirchenhügel entstanden, gehörte wohl auch eine Hofkapelle dazu.
Um 1200 entstand eine eigenständige Kirche des Altenhofes, der als Wirtschaftshof zum befestigten Königshof gehörte.
Mitte des 13. Jahrhunderts wurde westlich der noch heute erhaltene viergeschossige Turm mit westlichem Eingangsportal vorgesetzt.
Am Ende des 15. Jh. wurde die kleine Pfarrkirche durch einen gotischen Chor und einen Kapellenanbau nach Norden erweitert. Die Petrikirche war zeitweise die Grablege der Herren v. Broich.
1555 trat die Mülheimer Pfarrgemeinde zum evangelischen Glauben über.
In den Jahren 1870 – 1872 wurde das Langhaus der Petrikirche in neugotischem Stil erneuert, der romanische Westturm und der spätgotische Chor blieben erhalten.
1912/1913 wurde die gesamte Kirche umfassend renoviert, umgestaltet und ausgemalt.
1943 wurde die Petrikirche so stark durch Bomben getroffen, dass nur noch die Umfassung, einige Pfeiler und der Turmstumpf erhalten blieben.
Der Wiederaufbau erstreckte sich über ein Jahrzehnt von 1949 – 1958. Das Langhaus erhielt eine hölzerne, kassettierte Flachdecke.
Durch die Renovierung und Neugestaltung der Petrikirche am Ende des 20. Jh. erhielt die Kirche durch die Entwürfe von Ernst Rasche mit neuen Chorfenstern, einer neuen Kanzel und Altar, Leuchtern, Kreuz und Lampen und dem Chorgestühl ein neues Gepräge, das offen und hell ist, und die Kommunikation in Gottesdienst und Predigt, mit Kunst und Musik fördert.