Der Kirchenbau erfolgte in markanter Höhenlage auf einem 30 m hohen Porphyrfelsen, dem Tannenberg, am Ufer der Saale gegenüber der Burg Giebichenstein. Mit Rücksicht auf die Lage und Gestaltung des Porphyrfelsens, wie auf die damaligen Besitzverhältnisse ist die Petruskirche nicht orientiert, d.h. ihr Altar steht nicht wie üblich im Osten, sondern in diesem Fall im Norden.
Das Kirchengebäude wurde nach den Plänen und Oberaufsicht von Architekt Johann Matz errichtet. Der dreischiffige, neogotische Hallenkirchenbau mit steilem Südturm beherrscht weithin die Landschaft im Bereich des Kröllwitzer Saalebogens. Am 6. März 1900 erfolgte die Grundsteinlegung und am 19. September 1901 die feierliche Einweihung.

Der Kirchenbau mit polygonalem Chorschluss und Treppengiebelausbildung wurde in Backstein erbaut und mit Rathenower Handstrichsteinen von nicht zu dunkler roter Farbe unter Verwendung von Formsteinen verblendet. Der schlanke Turm ist 45 m hoch, das Fundament liegt 28,5 m über der mittleren Saalehöhe. Die Glocken befinden sich über der Turmuhr. Große Schallfenster mit Holzjalousien lassen das Glockengeläut weit über die umliegenden Höhen und ins Saaletal klingen.

Zwei Treppentürme als Aufgänge zu den Emporen mit Seiteneingangstüren rahmen das schöne zweigeteilte Hauptportal am Turm ein. Durch einen Vorraum im Turm betritt man die Kirche. Das breite Mittelschiff (lichte Höhe 11,10 m) mit Gurtbögen zwischen den Pfeilern und Kreuzgewölbe wird durch zwei schmale Seitenschiffe mit Emporen ergänzt. Pfeiler, Gurtbögen und Fenstereinrahmungen sind mit roten Rathenower Steinen verblendet. Auf der Südseite befindet sich die auf zwei Säulen ruhende sehr geräumige Orgelempore in terrassenförmiger Anlage. Im Innenraum der Kirche dominiert das Weiß der Wände neben dem Ziegelrot der Klinker und dem angenehmen Braunton des Holzes von Kanzel, Orgelprospekt, Emporenbrüstung und Kirchenbänken.

Aus der Schenkung der "Cröllwitzer Aktien-Papierfabrik" zur freien Verfügung für die innere Ausschmückung der Kirche wurde nach dem Entwurf von Baurat Matz der Altar und Taufstein gebaut. Bis 1940 blieb der Altar in dieser Form erhalten. Der in Kröllwitz ansässige Kirchenmaler Fritz Leweke erschuf das heutige Kreuz in reicher echter Polimentvergoldung. 1961 wurde der Altartisch aus Nebraer Sandstein erneuert.

Das Orgelprospekt ist nach dem Stil der Jahrhundertwende, in dem die Kirche gebaut wurde, angepasst errichtet. Der Anfang des 96. Psalms: "Singet dem Herrn ein Lied!" ist auf der Vorderseite eingeschnitzt. Die Orgel wurde 1901 von der Orgelbaufirma Rühlmann aus Zörbig als Opus 230 erbaut. Neuartig waren die pneumatischen Kegelladen (Windladen) für die damalige Zeit und die Hervorhebung der Solostimmen. Sie hatte 24 Register, die alle dem damaligen romantischen Klangideal entsprachen. 1936 wurde die Orgel durch die Firma Sauer umgebaut und erweitert.

Die Turmuhr von C. Frantz (1901) ist mit ihren drei Zifferblättern in der Turmetage unterhalb des Glockenstuhles untergebracht. Sie muß noch wöchentlich aufgezogen werden.