L’église est édifiée entre 1854 et 1857 par l’architecte Pierre Caloine (1818-1859).

Construite en briques rouges dans un style néo-roman, l’église est caractéristique du style nordiste des lieux de culte populaires que l’on retrouve par exemple dans l’église Saint-Martin d’Esquermes. Ses proportions sont assez imposantes, avec une longueur de 76 m, une largeur de 41 m, une hauteur sous voûte de 20 m (portée par 14 colonnes de 15 000 kg chacune) et une hauteur du clocher de 59 m (dont la croix de 3 m). Construite sur le terrain d’une ancienne briqueterie, l’église dispose d’une vaste crypte qui abrite depuis les années 1980 les trois clubs d’escrime de la ville, Vauban Lille, le LUC Escrime et l’association Les Gentilshommes de la Brette.

Le tympan au-dessus de la porte principale représente le tétramorphe (les « 4 formes » en grec), qui associe une figure à chacun des quatre Évangélistes. L’Homme est Matthieu : son évangile débute par la généalogie humaine de Jésus. Le lion est Marc : dans les premières lignes de son évangile, Jean-Baptiste crie dans le désert (« un cri surgit dans le désert »). Le taureau est Luc : aux premiers versets de son évangile, il fait allusion à Zacharie qui offre un sacrifice à Dieu, or dans le bestiaire traditionnel, le taureau est signe de sacrifice. L’aigle est Jean : son évangile commence par le mystère céleste.

L’autel de saint Paul est orné depuis 2010 d’un tableau, la conversion de saint Paul, par Jérôme Cartellier (1813-1892) Élève d’Ingres, Jérôme Cartellier expose régulièrement au Salon à partir de 1835. Peintre reconnu, il a bénéficié de nombreuses commandes d’État. En l’occurrence le tableau de saint Pierre –Saint Paul avait été offert par l’empereur Napoléon III pour le maitre autel de la chapelle de la citadelle de Lille.

Les orgues actuelles de l’église ont été réalisées par le facteur E. Muller et inaugurées le 1er mars 1959. Elles comprennent 3 claviers, 1 pédalier, 42 jeux et 2552 tuyaux.

L’église possède deux cloches, toutes deux datées de 1920, les cloches d’origine ayant été pillées par l’armée d’occupation allemande en 1917 pour en récupérer le métal.