С храмом связана легенда: юный Петр I, который, по преданию, очень любил дедовскую вотчину, пел в нём на клиросе и читал Апостол. Более того, он подарил в храм богослужебную книгу 1684 года издания с собственноручной надписью, которая хранилась там вплоть до революции.
В 1799–1804 годах на пожертвования правнука К. Нарышкина и владельца села Льва Разумовского был построен зимний храм-придел в честь Казанской иконы Божией Матери, дополняющий архитектурный ансамбль.
В 1746 году усадьба Петровское, которая изначально принадлежала дяде Петра I Льву Кирилловичу Нарышкину, перешла во владение графов Разумовских. Екатерина Ивановна Нарышкина, фрейлина и дальняя родственница императрицы Елизаветы Петровны, вышедшая замуж за графа Кирилла Григорьевича Разумовского, принесла Петровское в приданое. Так усадьба получила свое второе имя – Петровско-Разумовское.
В январе 1861 года усадьба была выкуплена в казну для учреждения агрономического института. Так появилась Петровская земледельческая и лесная академия. 3 декабря 1865 года академия открыла свои двери, а бывшая вотчинная Петропавловская церковь графов Разумовских стала домовым храмом учебного заведения.
Это означало, что настоятель храма одновременно являлся профессором богословия академии. При храме активно действовала церковно-приходская школа, а также хоры воспитанников школы и студентов. Храм вмещал до 300 человек и, располагаясь на самом высоком месте, служил доминантой архитектурного ансамбля академии, став её живым символом и центром культурной жизни.
К сожалению, в 1934 году храм был снесен по причине «спрямления трамвайной линии». На месте храма был установлен монумент ученому Василию Вильямсу.
Последний настоятель академического храма, профессор богословия Иоанн Артоболевский, заведующий кафедрой богословия Петровской сельскохозяйственной академии, трагически погиб в годы репрессий. В 2000 году он был причислен к лику Святых как священномученик.
Сегодня, отдавая дань истории и памяти, на территории РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, всего в сотне метров от исторического места, где стоял Петропавловский храм, устроен Домовый храм священномученика Иоанна Артоболевского. Он был открыт в 2008–2009 годах, символизируя возрождение исторических традиций и сохранение духовного наследия Тимирязевки.