A Colônia de Petrópolis, apenas fundada, pertencia como curato à Freguesia de São José do Rio Preto, quando, pela Lei Provincial nº 389, de 20 de maio de 1846, foi elevada à categoria de Freguesia com invocação de São Pedro de Alcântara de Petrópolis, passando a fazer parte do Município de Estrela, criado pela mesma lei.
A sede da nova paróquia foi instalada em templo fronteiro ao Palácio Imperial, construído pelo Empreiteiro de Obras, Justino de Faria Peixoto, entre 1847 e 1848 e que funcionou por mais de 77 anos, assistindo aos católicos petropolitanos.
A “Matriz Velha” , como ficou conhecido o citado templo, foi palco de importantes acontecimentos ligados à nossa história religiosa, como a sagração de D. Antônio Macedo da Costa, décimo Bispo do Pará e uma das figuras mais notáveis do episcopado brasileiro e a celebração, a 15 de outubro de 1875, de um “Te Deum Laudamus”, pelo Bispo do Rio de Janeiro, D. Pedro Maria Lacerda, em homenagem ao príncipe do Grão Pará, nascido naquela manhã.
Entretanto, é conveniente assinalar que desde a inauguração desta primeira matriz, já se pensava na construção de uma outra, mais importante, no morro do Belvedere. Todavia, passaram-se os anos e a construção do novo templo caiu no esquecimento e não fosse o empenho da Princesa Isabel, o ambicioso projeto não teria sido retomado.
Insistindo junto ao seu augusto pai da necessidade de construir o novo templo, foi ela quem solicitou ao Conselheiro Bernardo Avelino Gavião Peixoto, Presidente da Província do Rio de Janeiro, providências neste sentido.
O Conselheiro Presidente encarregou o engenheiro Francisco Caminhoá de elaborar um projeto para a construção do templo. Pediu à Assembléia a aprovação de um crédito de cem contos de réis e nomeou uma Comissão para angariar donativos.
As obras tiveram início com a redução do terreno, a construção dos alicerces e o desvio do Rio Almeida. A partir daí, as obras arrastaram-se lentamente até 1892.
Em 1901, Monsenhor Teodoro da Silva Rocha prometeu o reinício das mesmas, contando com o auxílio da Princesa Isabel que, exilada na França, autorizou a venda dos terrenos vizinhos e aplicação do Engenheiro Heitor da Silva Costa.
Finalmente, em 29 de novembro de 1925, a Nova Matriz, embora inacabada, foi solenemente inaugurada, após 49 anos e alguns meses de esforços.
Em 1929, o incansável Pe. Francisco Gentil Costa iniciou uma campanha pela conclusão da fachada, das capelas Batismal e Imperial e mais quatro pavimentos da torre. Uma nova comissão de obras, composta pelo Pe. Gentil Oscar Weinschenck, Glasl Veiga e Guilherme Pedro Eppinghaus, planejou todas as etapas da obra, realizou importante pesquisa do solo e dinamizou os trabalhos, concluindo-os a 5 de dezembro de 1939, ocasião em que foi inaugurado o mausoléu dos imperadores.
Faltava, porém, o levantamento da torre e a colocação dos sinos, o que foi conseguido em 1969, graças a uma campanha promovida pelo Bispo Diocesano, D. Manuel Pedro da Cunha Cintra.