Molėtai 1387 m. dovanoti Vilniaus vyskupui. Manoma, kad bažnyčia pastatyta XV a. antrojoje pusėje. Ji minima 1522 m. Per Šiaurės karą 1702 m. bažnyčia sugriauta, apie 1722 m. atstatyta. 1742 m. įkurta Švč. Mergelės Marijos brolija. Nuo 1777 m. veikė parapinė mokykla. K Bandzevičius, Molėtuose klebonavęs 1900–1924 m., su parapijiečiais 1903–1907 m. pastatė dabartinę mūrinę bažnyčią (statybos darbus prižiūrėjo inž. Stepanas Sestržencevičius).
1912 m. įrengti nauji vargonai, per Šv. Petro ir Povilo atlaidus kunigų K. Bandzevičiaus ir V. Jezukevičiaus rūpesčiu Molėtuose įvyko pirmas viešas lietuvių vaidinimas. 1912–1914 m. veikė Lietuvių katalikų blaivybės draugijos skyrius. Jis 1913 m. įsteigė arbatinę. Dekanas Matas Lajauskas (g. 1872 m.), Molėtuose klebonavęs nuo 1924 m., 1941 m. besitraukiančių raudonarmiečių nušautas.
1944 m. nugriauti bažnyčios bokštai atstatyti tik 1977 m. (trukdė vietos valdžia).
Molėtų Šv. apaštalų Petro ir Povilo bažnyčios istorija – tai tikėjimo ir atkaklumo liudijimas. Sugriauta Šiaurės karo audroje, ji vėl iškilo, tarsi feniksas iš pelenų, liudydamas neblėstančią tikėjimo kibirkštį parapijiečių širdyse. 1742 metais įkurta Švč. Mergelės Marijos brolija pabrėžia ypatingą Marijos garbinimo svarbą Molėtų bendruomenės gyvenime. Ši brolija, kaip ir pati bažnyčia, buvo dvasinio gyvenimo centras, skleidęs tikėjimą ir meilę. Kunigas K. Bandzevičius, vadovavęs statyboms, buvo ne tik dvasios ganytojas, bet ir puikus organizatorius, įkūnijantis apaštalų Petro ir Povilo pavyzdį – tvirtumą ir atsidavimą. Galime įsivaizduoti, kaip naujos bažnyčios statyba suvienijo parapiją, tapdama bendru maldos ir darbo projektu. Minint Šv. Petro ir Povilo atlaidus, skambėjo ne tik vargonų melodijos, bet ir bendruomenės džiaugsmas, stiprinantis tikėjimą. Juk, kaip rašė šv. Augustinas: „Mylėk ir daryk ką nori.“ Bažnyčios statyba ir atstatymas – tai meilės Dievui ir artimui išraiška, liudijanti apie neblėstančią tikėjimo galią. Ši bažnyčia, stovėdama Molėtuose, yra ne tik architektūros paminklas, bet ir gyvas tikėjimo liudijimas, primenantis apie dvasios stiprybę ir bendruomenės svarbą. Tikėjimas, kaip sakoma Psalmyne, yra tvirta uola, ant kurios galima remtis.