Ihren Vorgängerbau, auch Alt St. Peter genannt, ließ Konstantin der Große um 324 als Grabeskirche über dem vermuteten Grab des Apostels Simon Petrus errichten. Der Petersdom ist die größte, aber nicht die ranghöchste der vier Patriarchalbasiliken in Rom. Das ist die Lateranbasilika, die Kathedrale von Rom. Der Petersdom ist das Zentrum der Vatikanstadt.

Die Innenfläche des 211,5 m langen und 132,5 m hohen Baus beträgt rund 15.160 m² und bietet rund 60.000 Menschen Platz, somit hat der Petersdom auch einen der größten Innenräume der Welt. Das Langhaus hat eine Länge von 187 m und eine Breite von 27,50 m, das Querschiff ist 138 m breit. Die Bauzeit betrug rund 120 Jahre.

Im Inneren des Domes, der neben einer Hauptkuppel auch acht kleinere Nebenkuppeln besitzt (zwei weniger als geplant), befinden sich etwa 800 Säulen und 390 Riesenstatuen aus Römischen Travertin aus Tivoli, Carrara-Marmor, Stuck und Bronze, sowie 45 Altäre.

Von der Vorhalle gelangt man durch die Bronzetür des Filarete in das Innere der Basilika, daneben befindet sich die Porta Santa, die nur während eines Heiligen Jahres geöffnet wird. Direkt am Anfang des Mittelschiffs ist eine rote Porphyrscheibe in den Boden eingelassen, welche sich vor dem Hochaltar der konstantinischen Vorgängerbasilika befand und auf der Karl der Große im Jahre 800 von Papst Leo III. zum Kaiser gekrönt wurde.

Direkt unterhalb der Kuppel befindet sich der Papstaltar mit Berninis Bronze-Baldachin, der 1624 bis 1633 entstand. Darunter liegt die Confessio, gemäß einer Überlieferung das Grab des Heiligen Petrus. Der Confessio gegenüber in den vatikanischen Grotten befindet sich eine Figur von Papst Pius VI.

In den vier Kuppelpfeilernischen befindet sich jeweils eine etwa 4,50 m hohe Heiligenstatue aus Marmor: Die Heilige Veronika, Helena, Longinus und Andreas. Dieses Figurenprogramm verweist auf die kostbaren Reliquien, die dort aufbewahrt werden beziehungsweise wurden: Das Schweißtuch der Veronika, ein Stück vom heiligen Kreuz, die Lanze des Longinus und der Kopf des Apostels Andreas (1964 nach Patras überführt). Die Statuen wurden von vier verschiedenen Bildhauern gefertigt: der Longinus von Bernini, Andreas von François Duquesnoy, Veronika von Francesco Mochi und die Helena von Andrea Bolgi.

Die doppelschalige Kuppel der Basilika St. Peter ist das größte freitragende Ziegelbauwerk der Welt. Sie hat einen Durchmesser von 42,34 m (86 cm weniger als das Pantheon, ist aber mit 43,20 m höher) und wird von vier fünfeckigen Pfeilern mit einem Durchmesser von je 24 m getragen. Im inneren Kuppelfries steht in zwei Meter hohen Buchstaben das Zitat aus dem Matthäus-Evangelium: Tu es Petrus et super hanc petram aedificabo ecclesiam meam et tibi dabo claves regni caelorum (Du bist Petrus (griechisch: Fels), und auf diesen Felsen werde ich meine Kirche bauen, und Dir gebe ich die Schlüssel zum Himmelreich.) Die Laterne über der Kuppel ist auf über 510 Stufen zu erreichen, die mit einem Lift zur Dachterrasse abgekürzt werden können (Nur noch 320 Stufen), und bietet einen hervorragenden Panoramablick auf den Vatikanischen Hügel, den Petersplatz und das umgebende Rom. Der Weg zwischen den beiden Kuppelschalen verdeutlicht die statische Konstruktion, ein Blick ins Kuppelinnere enttarnt die Täuschungen der Perspektive vom Kirchenboden aus.

Die vatikanischen Grotten befinden sich auf dem Bodenniveau der konstantinischen Basilika. Hier befinden sich 23 der insgesamt 164 Papstgräber der Basilika St. Peter, in möglichster räumlicher Nähe zum Apostelgrab, dem Grab des ersten Papstes. Um das Petrusgrab herum, das auch hier die räumliche wie geistige Mitte bildet, sind fünf Nationalkapellen angeordnet. Zuletzt wurde Johannes Paul II. im früheren Grab von Johannes XXIII. in unmittelbarer Nähe der Confessio beigesetzt.

Bronzestatue des Hl. Petrus

Die berühmte Petrusstatue befindet sich im Hauptschiff. Ihr rechter Fuß ist bereits stark abgeflacht, denn die Berührung des Fußes soll Segen bringen. Angeblich wurde der Fuß im Laufe der Jahrhunderte mehrmals ersetzt. Man geht heute mit relativ großer Sicherheit davon aus, dass diese Bronzefigur von Arnolfo di Cambio angefertigt wurde.

Michelangelos Pietà

Michelangelos Pietà befindet sich in der ersten Seitenkapelle des rechten Seitenschiffs (in der Nähe der Heiligen Pforte). Sie ist 1,75 m hoch und ruht auf einer 1,68 m breiten Standplatte. Der Auftrag wurde von Kardinal Jean de Villiers de la Grolaye erteilt. Michelangelo vollendete dieses Werk im Jahr 1500, als er 25 Jahre alt war. Auf dem Brustband Marias lässt sich folgende Signatur erkennen: MICHAEL.A[N]GELVS.BONAROTVS.FLORENTIN[VS].FACIEBA[T] (Der Florentiner Michelangelo Buonarroti hat es gemacht). Nachdem die Pietà 1972 durch Laszlo Toth mit einem Hammer schwer beschädigt wurde, kann sie nur noch hinter Panzerglas betrachtet werden. Da Michelangelo die Skulptur auf Nahbetrachtung hin ausgerichtet hat, geht ein großer Teil ihrer Wirkung verloren. In der Sakristei / Schatzkammer der Basilika St. Peter (links vom Altar) gibt es ein Replikat der Pietà, welches man aus nächster Nähe betrachten kann.

Berninis Cathedra Petri

Die 1666 von Bernini geschaffene Cathedra Petri befindet sich in der Apsis. Es handelt sich dabei um einen Bronzemantel für einen darin befindlichen Holzstuhl. Es soll sich dabei um den Lehrstuhl von Simon Petrus handeln, wahrscheinlicher ist aber, dass es sich um den zu seiner Krönung gefertigten Stuhl Karls des Kahlen handelt. Dieser wurde dann nach der Krönungsfeier dem Papst oder der Peterskirche geschenkt.

Papstgrabmäler

Unter den zahlreichen monumentalen Papstdenkmälern sticht bis heute Berninis Grabmal für Papst Alexander VII. besonders ins Auge. Unter einem aus Marmor gestalteten drapierten Tuch hält ein nur für den Betrachter sichtbares lebensgroßes Skelett dem betenden Papst das Stundenglas der abgelaufenen Zeit entgegen. Ebenfalls von Bernini ist das Grabmonument Urbans VIII., das sich in der Nische rechts neben der Catedra Petri befindet.

Berninis Ziborium

Das Ziborium von Bernini befindet sich in der Sakramentskapelle.

Taufbrunnen

Der Taufbrunnen von St. Peter ist ein Porphyrdeckel von einem Sarkophag aus dem Mausoleum Hadrians (Engelsburg, Castel S. Angelo), in welchem Kaiser Otto II. bestattet wurde. Dieser wurde 1600 in einen einfachen Steinsarg umgebettet und in die Vatikanischen Grotten verlegt, als man das Atrium im Zuge der Bauarbeiten für den Dom abbrechen musste.

Gemälde sind Mosaiken

Papst Gregor XIII., nach dem die gregorianische Kapelle, die sich Mitte rechts im Hauptschiff befindet, benannt wurde, war ein großer Freund von Mosaiken. Er ließ diesen Teil mit Mosaiken ausschmücken und gründete eine Scuola del Mosaico („Mosaikschule“). Die Schüler dieser Einrichtung sollten diese Kunstform erlernen, studieren und pflegen. Im Laufe der Zeit wurden deshalb fast alle großen Altargemälde der Basilika St. Peter durch Mosaik-Kopien ersetzt. Die Originale befinden sich heute in der vatikanischen Kunstsammlung.

Statuen von Ordensgründern

An den Wänden befinden sich in Nischen überlebensgroße Statuen von Ordensgründern.

Glocken

Das sechsstimmige Geläut hängt hinter dem linken obersten Fenster der Frontfassade unterhalb der Uhr.

Im Jahre 1999, anlässlich des Jubiläumsjahres 2000, wurde die Grande Campana del Giubileo gegossen und starr in den Vatikanischen Gärten aufgehängt. Die Läuteordnung unterscheidet zwischen dem rhythmischen Anschlagen per Hammerwerk a doppio und dem (schwingendem) Läuten a distesa. Letzteres erfolgt mit dem Campanone nur beim Tod eines Papstes und mit der Campanella seconda zur Laudes bzw. Vesper an Sonntagen. Mit allen sechs Glocken wird nur bei besonderen Anlässen geläutet; nach dem päpstlichen Segen urbi et orbi an Weihnachten und Ostern, nach dem Angelus am Hochfest Peter und Paul und nach der erfolgreichen Wahl eines neuen Papstes. Das volle Geläut a distesa ist somit zu liturgischen Anlässen in der Regel nicht vorgesehen. Zu gottesdienstlichen Feiern rufen meist etwa 45 Minuten vor Beginn für rund 15 Minuten die Glocken 6 5 4 3 (an Festen und Hochfesten 2). Ein Vorläuten mit einer Glocke solistisch gibt es nicht. Am Sonntagmittag gegen 12:15 Uhr, nach dem gemeinsamen Angelus mit dem Heiligen Vater auf dem Petersplatz, erklingen die Glocken 6 5 4.

Das Geläute von St. Peter ist als typisch mediterran zu bezeichnen. Es weist z. B. zwischen e1 und ais1 eine großes Intervall (Tritonus) auf. Zudem dominieren deutlich die beiden kleineren Glocken – im Halbtonintervall zueinander stehend – da sie an vorderster Front hängen und der Schall der anderen Glocken hinter der großen Campanone fast untergeht.

Tourismus

2007 besuchten täglich durchschnittlich 20.000 Menschen den Dom, damit gehört er zu den am meisten besuchten Plätzen der Welt. Aus Angst vor Anschlägen müssen die Besucher umfangreiche Kontrollen mittels Sicherheitsschleusen durchgehen. Es wird auch auf "angemessene" Kleidung geachtet.