Die baulichen Anfänge der Petruskirche reichen mit Sicherheit einige Zeit über die archivalisch belegbare Ersterwähnung des Jahres 1285 zurück. Kulthandlungen, die mit dem Rang eines Sakraments verbunden waren, wurden zu jener Zeit allerdings in der mit entsprechendem kirchlichem Status versehenen Mutterkirche vorgenommen. Als zuständige Mutterpfarrei des Gebiets rechts des Neckars fungierten nacheinander die Martinskirche und die Uffkirche in Stuttgart-Bad Cannstatt. Es darf jedoch als sicher gelten, dass den Bewohnern Obertürkheims ein Sakralgebäude im Rang einer Kapelle zur Verfügung stand.
Wann die Petruskirche in den Rang einer Kirche mit eigenem Pfarrer erhoben wurde, ist nicht bekannt; genannt wird das Jahr 1351. Bis 1490 bildete Uhlbach mit seiner Kapelle ein Filial zur Obertürkheimer Pfarrei. Bewohner Obertürkheims und Uhlbachs, die auf der ursprünglich zur Esslinger Markung gehörenden linken Seite des Uhlbachs – vereinzelt auch Guckenbach oder Grenzbach genannt – wohnten, konnten vertraglich erst ab 1500 in die Gemeindekirchen Obertürkheims und Uhlbachs gehen. Dieser Vertrag wurde unter Vermittlung des jungen Herzogs Ulrich von Württemberg zwischen dem Bistum Konstanz und dem Bistum Speyer geschlossen, wobei letzterem 1213 durch Kaiser Friedrich II. das Patronatsrecht über die Esslinger Stadtpfarrkirche verliehen worden war. 1549 trat der erste evangelische Pfarrer seinen Dienst in der Gemeinde Obertürkheim an. Die Pfarrei gehört noch heute zum Dekanat Cannstatt der Evangelischen Landeskirche Württembergs.
Die Petruskirche liegt oberhalb des früher als Oberdorf bezeichneten Teils von Obertürkheim. Zur Baugeschichte lässt sich ausführen, dass die ältesten, nicht sichtbaren Teile romanischen Ursprungs sind. Der älteste Bau hatte ein schmales Schiff und einen niederen Chor. Erneuerungen, respektive Umbauten erfolgten 1484 mit gotischen Elementen (Chor) und dann mehrfach im 18. Jahrhundert in zeitgemäßer barocker Gestaltungsauffassung, wobei die Erneuerung des Langhauses 1778 eher nüchtern geriet. Eine Inschrift über dem 1960 zugemauerten südöstlichen Eingang erinnert an diesen Umbau. Die Kirche blieb im Zweiten Weltkrieg von ernsthaften Schäden verschont. 1960 erfolgte eine Renovierung des Innenraumes, wobei insbesondere der Chor wieder frei einsehbar wurde, indem die hier eingebaute Empore samt Orgel entfernt und letztere 1962 durch eine neue am heutigen Platz ersetzt wurde.
Aufgrund der rasant gestiegenen Einwohnerzahl Obertürkheims wurde seit Beginn des 20. Jahrhunderts überlegt, auf welche Weise das Kirchenschiff erweitern werden könne. Sogar ein Abbruch und größerer Neubau des Gotteshauses wurde in Erwägung gezogen. Schließlich wurde ein zusätzlicher Neubau beschlossen: 1927 konnte die neue Andreaskirche unweit des Bezirksrathauses eingeweiht werden.
Bemerkenswert sind im Innern der Petruskirche die Gedenktafel für Pfarrer Johann Gottfried Neuheuser (1743), der über dreißig Jahre in dieser Kirche den Pfarrdienst versah, und die Gedenktafel der Familie Schmidt (1610), die daran erinnert, dass innerhalb eines Jahres Mutter und Kinder verstarben. Im Chorraum befindet sich eine in spätgotischer Manier gearbeitete, ca. 90 Zentimeter hohe Petrusfigur auf einem oktogonalen, mit gotischem Zierrat versehenen Sockel. Die Gestaltung der Figur und besonders der Schlüssel weisen die Figur als Petrus aus. Von besonderem Interesse ist die Tatsache, dass die Figur in der Linken ein kräftiges, ausladendes Rebenrankenwerk hält, das sich nach oben verbreitert. Es wird angenommen, dass darauf ein Kanzelkorb aufgesetzt war und die Figur ursprünglich als Kanzelfuß diente.
Der Kirchturm ist im unteren Teil der älteste Bauteil der Kirche und wird ins 12. Jahrhundert datiert; dafür spricht, dass hier der Typus einer Chorturmkirche vorliegt. Gestalterisch erfuhr der Turm verschiedentlich Änderungen, wie ältere Darstellungen zeigen. In der Glockenstube befinden sich heute drei Stahlglocken mit den Tonhöhen F, As und B. Die alten Glocken mussten im Ersten und Zweiten Weltkrieg abgeliefert werden, die einzige erhalten gebliebene zersprang 1946.
Der die Kirche umgebende Friedhof wird als mittelalterliche Anlage angesehen. Mehrfach erfuhr er eine Erweiterung, besonders seit der sprunghaft ansteigenden Bevölkerungszahl ab der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Seit 1820 wird er von der bürgerlichen Gemeinde verwaltet, d.h. seit der Eingemeindung Obertürkheims nach Stuttgart im Jahr 1922 von der Landeshauptstadt.
Die Petruskirche, von wo aus man einen weitreichenden Blick ins Neckartal und in das Tal des Uhlbachs hat, ist heute als Hochzeitskirche beliebt. Die seit über drei Jahrzehnten stattfindenden Spazierwegkonzerte sind gut besucht, weil ein breit angelegtes Programm und qualitativ hervorragende Interpreten geboten werden. Der Eintritt zu den Konzerten ist frei.