Die Konventskirche des Augustiner-Chorherrenstift ist wohl um 1135/40 entstanden und führte ein Marienpatrozinium („Marienkapelle“). Nach der Ansiedlung der Zisterzienser auf dem Petersberg wurde die einfache Saalkirche von diesen durch Anbauten zur fünfschiffigen Kirche umgewandelt und dem heiligen Petrus geweiht. Der halbrunde Chorabschluss der zunächst einschiffig errichteten Kirche erhielt eine ungewöhnliche Ausgestaltung durch einen Kranz aus fünf den Chorraum umgebenden Kapellen, die wohl der Aufnahme von Nebenaltären dienten. Diese Erweiterungen wie auch der archäologisch gesichert erst in einer zweiten Bauphase erfolgte Anbau von zwei Seitenschiffen und zusätzlichen Seitenkapellen (bzw. kürzeren Seitenschiffen) lassen die Vermutung zu, dass der Bau erst unter den Zisterziensern erfolgt ist oder erst in dieser Phase abgeschlossen wurde.
Auch nach dem Standortwechsel der Zisterzienser vom Petersberg (Stromberg) ins benachbarte Heisterbachtal (Peterstal) um 1192/99 zog die alte Konventskirche durch Ablasszuwendungen Pilger an und wurde weiter als Wallfahrtskapelle gefördert und genutzt. 1763/64 wurde sie durch einen Nachfolgerbau ersetzt (siehe Wallfahrtskapelle Sankt Peter). Die Fundamentmauern der Kirche wurden 1980 durch archäologische Ausgrabungen freigelegt und konserviert; diese sind heute noch westlich des heutigen Hotels bzw. Bundesgästehauses Petersberg und der neueren Wallfahrtskapelle zu besichtigen.

Eine Tafel neben den Fundamentresten beschreibt die Kirche wie folgt:
„Fünfschiffige mittelalterliche Kirchenanlage. Bei Grabungen im Jahre 1980 entdeckte Fundamente. Die Kirche ist vermutlich von den ab 1189 auf dem Petersberg, dem damaligen Stromberg angesiedelten Zisterziensermönchen erbaut worden. Urkundlich wird sie 1312 als “auf dem höchsten Punkt des Berges„ gelegene Wallfahrtskirche beschrieben. Im Jahre 1556 letztmalig urkundlich erwähnt hat die Kirche wahrscheinlich bis ins 18. Jahrhundert bestanden.“

(Franz-Josef Knöchel, LVR-Redaktion KuLaDig, 2009)