二世紀後半葉，在距離伯多祿殉道地點不遠的墳場裏，有人在伯多祿的墓上建了一座小龕（edicule）。歷史學家凱撒勒雅的歐瑟比（Eusebius
of Caesarea）曾援引加約（Gaius）的話，稱它為「凱旋紀念碑」（trophaeum），象徵聖伯多祿宗徒不屈不撓的信德。小龕前有一個5×7平方米的空地，以一道粉刷成紅色的牆圍繞著，信友和朝聖者很快就在這牆上留下粗刻（graffiti），表示他們曾來瞻仰伯多祿儉樸的墳墓。
部分墳墓和小龕的一根石柱，至今仍可見於貝爾尼尼（Bernini）的祭台華蓋（ciborium）下，通往下層「殉道紀念間」（Confessio）的入口處。
大殿中最受崇敬的聖伯多祿雕像 這尊古老的聖伯多祿降福像，曾被置於「伯奇亞塔小堂」(Cappella della
Bocciata)，
現在放於梵蒂岡地窟的出口處。
君士坦丁皇帝（Constantine）向教宗西爾維斯特一世(Sylvester I 314-335)建議，以伯多祿的墳墓為軸心，建築一座大殿，不但為紀念聖人的殉道，而且為用作基督信徒墳地。為了尊重這區的墓地，建築師要解決一個極複雜的環境問題，因為這地正處於梵蒂岡小丘的斜坡上，另方面，這工程也意味當局要發出諭令，禁止人們繼續在這個露天墳場裏葬死者。但多個世紀以來不同宗教的人都共用這墳地，而且根據古羅馬的法律，除了最高權威（pontifex
maximus原指大司祭而言）出於特殊理由而頒發諭令外，任何人不得觸犯墓地或墳墓，因此事關重大，不可輕舉妄動。
據早期文獻的記載，當時的大殿裝飾得金碧輝煌。在聖良教宗時（St.Leo I 440-461）,大殿的正門面（facade）曾飾以彩石鑲嵌畫（mosaic）,中殿兩旁有上下兩例壁畫，描述舊約（右側）和新約（左側）故事。大殿的左側有教宗西馬克（Symmachus
498-514） 修 復的聖安德肋圓廳（rotunda）.這位教宗還建了敬禮聖史若望、聖若翰洗者和聖十字架的小堂。附近還建有和諾裏皇帝（Honorius）小陵墓，在八世紀後半葉被改建成聖女彼得羅尼拉（St
Petroilla）小堂，用作法蘭克（Franks）王室的私人聖堂。在中殿拱壁（apse）後方，建有阿尼奇家族（anicii）的巨型陵墓。
教宗聖大額我略（St Gregory I 590-604）將司祭間地面?高了約1.5米，以便建造一個始無前例的半圓形的地窟（crypt）,左右配以環狀的台階，讓信徒能沿台階下至宗徒墳墓的近旁，然後沿另一邊的台階回到上方。大殿的主祭台被置於這稱為「殉道紀念間」（Confessio）的地窟之上，剛好在伯多祿陵墓的位置上。教宗若望七世（John
VII 705-707）在大殿正面面的右側興建了一座獻予瑪利亞的祈禱小堂，後於十七世紀初被瑪德爾諾（Maderno）拆毀。正門面的彩色鑲嵌畫，原描繪基督和宗徒的生平，部分在這時期被取下，分成不同的畫格，分置於羅馬的希臘聖母堂（Santa
Maria in Cosmedin）祭衣間、義大利其他城市，以及俄羅斯等地。
隨著撒拉森回教徒（saracens）的入侵，教宗良四世（Leo IV 847-855）沿伯多祿大殿建築起一道堅固的圍牆，形成了所謂的「良教宗城」（citta'
leonina）.十二世紀初，加裏斯篤二世（Calistus II 1119-1124）又改建了司祭間，把它再進一步提高。不過無論怎樣，他都遷就和保存了備受崇敬的聖伯多祿宗徒陵墓。另一個重要的工程是在教宗依諾森三世（Innocent
III 1198-1216）期間進行的，他以新的彩石鑲嵌畫。畫中基督出現在伯多祿和保祿之間，下方是十二頭象徵十二宗徒的羔羊，旁邊伴以當時的教宗和教會的象徵。今日只有這後兩者和一隻落在棕櫚樹上的鳳凰鳥尚存，保存在羅馬布拉斯基大樓（Palazzo
Braschi）的博物館中。
從 132.5米高的大圓頂 可俯瞰整個聖伯多祿廣場。 這廣場是貝爾尼尼於1656－1667年間建成的。 廣場与大殿之間有一塊四邊形的空地，而廣場兩側被形似雙臂的半圓形柱廊包圍著；柱廊由托斯卡納柱式(Tuscan
order)的大柱組成，分作4例，共284根柱子； 柱廊頂端的樑楣飾帶上安放了140個聖人的雕像，和四面教宗亞歷山大七世的徽章。廣場中央，在兩個大噴泉之間，聳立著梵蒂岡方尖碑(Obelisco
Vaticano)，此碑來自所謂的「尼祿競技場」(Circus of Nero),但實際上這競技場是卡利古拉皇帝於37年啟用的。為了把此碑豎立在這個340米長、240米寬的橢圓形廣場的中心，共動用了900名工人、150匹馬和47部絞盤機。
教宗額我略九世（Gregory IX 1227-1241）在任期間，再重新修飾了大殿的正門面。尼古拉三世（Nicholas III Orsini
1277-1280）修建了私人小堂，這位教宗可能還委託人畫了門廊的壁畫，但至今只有小部分殘存。
在宗座流徙阿維尼翁（Avignon）期間，喬托（Giotto）受司提法內斯基（Stefaneschi）樞機的委託，製作了著名的「伯多祿小船」（Navicella）彩石鑲嵌畫，以及為主祭台繪畫了三聯畫屏（Polittico
Stefaneschi）,後者現存於梵蒂岡博物館的畫廊中，而前者只留下了兩個天使（一個現存聖伯多祿大殿，另一個在弗洛辛諾內省Frosinone的波威雷艾爾尼卡鎮Boville
Ernica）,而這畫格在十七世紀曾徹底重修。
之後，瑪爾定五世（Martin V 1417-1431）修茸了大殿的門廊；歐日納四世（Eugenius IV 1431-1447）則委託費拉雷特（Filarete）為大殿正門鑄造大銅門，工程於1445年完成。同期還製造了很多雕塑品，但至今它們或下落不明，或被另置它處，其中著名的有多納太羅（Donatello）的聖體龕，現存於聖伯多祿大殿藏珍閣（Tesoro）中。藏珍閣還保存著本奇（Jacopo
Benci）為西斯篤四世（Sixtus IV 1471-1484）設計的陵墓；另外，大殿中仍可見到依諾森八世（Innocent VIII 1484-1492）的陵墓。
聖大額我略 (St Gregory I ) 十世紀的象牙板雕。 這位教宗在590－604年間，為大殿的修茸工程作出了決定性的貢獻。
未幾，這座古老大殿結構的安危越來越令人擔心，教宗尼古拉五世（Nicholas V）遵照阿爾貝蒂（Leon Battista Alberti）的建議，委託羅塞裏尼（Bernardo
Rossellini）負責大殿的重建工程：新大殿的藍圖呈拉丁十字形（直長橫短），中央蓋有一圓穹頂（Cupola）。工程開始後不久，旋於1455年停滯了近半個世紀，其間保祿二世（Paul
II）曾試圖復工。羅塞裏尼的工程，只是其後長期重建工程系列之始，這工程吸引了不少當時藝術界的頂級人物參與。另一個重要的重建階段由教宗儒略二世（Julius
II 1503-1513）所推動，他將這巨大工程委託給桑加羅（Giuliano da Sangallo）所信託的建築師布拉曼特（Bramante）：這工程共歷時一個多世紀。布拉曼特的方案是一個呈希臘十字形（四臂相等）的大殿，中心有一個大圓穹頂，周圍另有四個小圓穹頂。但是，布拉曼特於於1511年去世後，他的工作先後被拉斐爾羅（Raffaello）,喬孔德（Giocondo）和桑加羅承接。這些建築師曾想重新修改設計藍圖：將希臘十字形改為拉丁十字形，以增加大殿的長度；並更進一步提升大殿的地面，以使修建梵蒂岡地窟（Grotte
Vaticane）。
聖伯多祿銅像 作者是阿諾爾福．迪．坎比奧(Arnolfo di Cambio)。
1546年桑加羅去世後，米開朗基羅接手工程，他試圖盡量回復到布拉曼特的原始設計。他所作的建設，今天還能在大殿各處看到，尤其是新大殿的中殿拱壁部分。但米開朗基羅未能親睹他所設計的巨大圓頂落成，這工程先由維尼奧拉（Vignola）接手，後於1573年由雅各伯˙德拉˙波爾塔（Giacomo
Della Porta）接續，最後於1593年竣工。
但是，當時的大殿還缺少其他重要部分，如大殿的正門面，是後來於1606－1614年由瑪德爾諾（Carlo Maderno）建成的。瑪德爾諾又在中殿兩側加建了三個小堂。這些對大殿所作的較後期工程，大大改變了布拉曼特和米開朗基羅原先設計的較儉樸風格：依照兩位藝術大師的設計，大殿內原應塗以樸實無華的泥灰，而不是成千上萬的色彩繽紛大理石和其他華麗的裝飾。瑪德爾諾又在其中一個小圓穹頂下，修建了額我略十三世（Gregory
XIII 1572-1585）小堂。又中央大圓穹頂上的彩石鑲嵌裝飾本來是為了迎接1600的聖年，但實際上，此裝飾工程到聖年結束後才告完成。
1624年烏爾班八世（Urban VIII ）委託貝爾尼尼（Bernini）計畫鑄造一個以四根螺旋大柱支撐的鍍金銅華蓋。工程於1633年完成，但教宗主持的正式祝聖禮，則是在1626年進行的。貝爾尼尼於1629年接任為聖伯多祿大殿的建築師，並為這工程辛勤了近半個世紀，精心按巴洛克風格裝飾大殿內部，使它散發出豐富和活潑的色彩。他不僅創作了烏爾班八世和亞歷山大七世（Alexander
VII）兩位教宗的陵墓雕塑，而且還造了置於中殿拱壁的伯多祿寶座群雕，和伯多祿廣場的著名柱廊（colonnade）。
聖伯多祿大殿中的「韋羅尼加」(Veronica)
「韋羅尼加置身聖伯多祿聖保祿之間」 雨果(Ugo da carpi)1525年繪聖伯多祿大殿建築維修部(Fabbrica
di S. Pietro)
