16세기에 라파엘로, 상갈로, 미켈란젤로 등의 대표적 건축가들에 의해 전성기를 맞은 르네상스의 건축이념에 바탕을 두고 재건하게 되었다. 성당 건축에 많은 돈이 필요해 지자 헌금을 권하면서 면죄부를 팔아 건축비를 충당하는 부작용을 유발했다. 루터(Martin Luther, 1484~1546)는 1517년 면죄부 판매에 반대하여 비텐베르크 교회문에 95개항의 항의문을 내 붙이는 등 종교개혁의 시발이 되기도 했다. 베드로 성당을 건축하는데 100년 이상의 긴 시간이 소요되어 1622년에 헌당식을 가졌다. 십자가 형태로 건축된 이 교회는 전면 폭이 115m, 길이가 199m, 둥근 지붕까지 높이가 119m나 된다. 교회 내부는 6,000평 이상으로 현존하는 교회 가운데 가장 크고 웅장하다.

대성당의 내부 중심은 교황이 미사를 집전하는 “교황의 제단”이 있으며 예술의 거장 베르니니(Bernini)의 빼어난 작품들이 있다. 이 제단 바로 밑에 베드로의 무덤이 있다고 전해지는 곳이다. 오른쪽 벽면에는 미켈란젤로의 피에타(Pieta)인 그리스도의 유해를 무릎에 안고 비탄하는 성모 마리아의 모습에 관심을 가지고 바라보게 된다.

중앙제단의 가까운 오른편에는 13세기에 만들어진 의자에 앉아 있는 베드로의 청동상이 있다. 베드로의 오른쪽 청동 발가락에 수많은 신도들이 입 맞추어 그 발가락이 닳아서 뭉뚝하게 되었다.
베드로에게 로마의 감옥에 갇혔을 때와 예루살렘에서 갇혔을 때에 사용되었던 두 쇠사슬이 서로 닿자마자 달라 붙어 하나가 되었다는 전설을 간직 하고 있는 쇠사슬이 오늘날에도 이 성당의 중앙 제대밑에 보관되어 있다고 한다