Rus İmparatorluğu başkenti St.Petersburg şehrinin kuruluş anından itibaren, 19. yüzyılın sonunda 8.000 kişiye ulaşan bir Tatar yerleşimi ve İslâmî bir topluluk kuruldu. Bununla birlikte, Müslüman topluluğunun kalabalıklığına rağmen, şehirde tek bir cami yoktu. 1881'de Petersburg Müslümanlarının müftüsü Rus hükümetine bir cami inşa etmek için dilekçe verdi. Bu talebin resmî onay almasına rağmen, inşaat için herhangi imkân sağlanmamıştı.
Petersburg’da cami inşaatı meselesi ilk olarak 1882’de ortaya çıktı. Dönemin Orenburg müftüsü Salimgrey Tevkelev Rusya İçişleri Bakanlığı’na müracaat ederek cami inşaatı için fon kurulması talebinde bulundu. Başvurunun cevabı beklenmeden Müslümanlar kendi aralarında bağışları toplamaya başlamışlardı bile.
1902 yılında içişleri bakanlığına tekrar izin için başvuruldu ve ilk başvurudan yalnız 24 yıl sonra, 1906 yılında İçişleri Bakanlığı, Müslümanların gönüllü bağışlarıyla St. Petersburg’da katedral cami inşası için özel bir komitenin kurulmasına izin verdi
İznin hemen ardından imparatorluk sınırları içerisinde yaşayan Müslümanlar bağış toplamak için seferber oldular. Bakanlık Rusya içinde 10 yıl içinde 750 bin ruble toplanılmasına müsaade etmişti. 1906 yılında ise komitenin topladığı bağış topu topu 53 bin rubleydi. Bağış seferberliği Türkistan’dan Kafkasya’ya kadar yayıldı ve bakanlığın izni sonrası 100 bin rubleden fazla para toplandı.
1898 yılında Azerbaycan’dan Şemsi Esadullayev, Hacı Musa Nağıyev, Hacı Zeynelabidin Tağıyev gibi iş adamları, Türkistan’dan iş adamları Velihanov kardeşler, Allar YarBek Zülgadarov, Buhara Emirliği temsilcileri tarafından kurulan “Petersburg Müslüman Yardım Cemiyeti” cami inşaatının organize edilmesinde aktif rol oynadı. Yardım cemiyetinin son başkanının İmam Şamil’in torunu Zahid Şamil’in olması o dönem Rusyalı Müslümanların coğrafya tanımadan nasıl bir araya gelebildiğinin de bir göstergesiydi.
Caminin arazisinin satın alınması ile ilgili yaşanan maddi zorluğu Buhara Emiri Seyyid Abdulehad Han çözdü ve 500 bin ruble bağışta bulundu. Azerbaycanlı iş adamları Hacı Zeynelabidin Tağıyev ve Murtuza Muhtarov gibi hayırseverlerin de yardımıyla ihtiyaç duyulan para toplandı ve Çar II. Nikolay’ın da resmî izniyle 1910 yılında caminin inşaatına başlandı.
1920 yılında inşaatının tamamen bitmesinin ardından 1927-1930 ve 1940-1956 yılları arasında kapatılan cami 2. Dünya Savaşı sırasında Petersburg Sağlık Kurumuna devredilerek tıbbi malzeme deposu olarak kullanıldı. 12 Aralık 1955 tarihli Sovyet Bakanlar Kurulu Kararı ile cami tekrar açıldı. Caminin tekrar açılmasında o yıl SSCB’ye resmî ziyaret gerçekleştiren Endonezya Cumhurbaşkanı Ahmed Sukarno’nun etkili olduğu söyleniyor. İddiaya göre Leningrad’a (Petersburg) gelen Sukarno camiyi görünce ziyaret etmek istemiş, lakin yetkililer caminin kapalı olduğunu bildirince Cumhurbaşkanı Sukarno sorunu Sovyet yetkililerine ileterek caminin tekrar açılmasında ricacı olmuştur.
1917-23 yılları arasında ünlü Tatar âlimlerinden Musa Carullah Bigiyev’in de imamlığını yaptığı Petersburg Cami’nin halihazırda imamlığını Rusya Federasyonu'nun Kuzey-Batı Bölgesi müftüsü Ravil Pançiyev yapmaktadır.
Uzunluğu 45 metre, genişliği 32 metre olan caminin 2 minaresi vardır ve minarelerin yüksekliği 48 metredir. 5000 kişinin namaz kılabileceği cami 3 kattan oluşmaktadır. Birinci kat erkekler, ikinci kat ise bayanların ibadet etmesi için tasarlanmıştır.
Petersburg Camii, mimari olarak 1405 yılında Semerkand’da inşa edilen ve Timurleng’in türbesinin de bulunduğu Gur-i Emir Camii'ne benzerliğiyle dikkat çekiyor.