Кафедральний костел, освячений на честь Святих Апостолів Петра і Павла та єзуїтський колегіум — пам’ятки архітектури національного значення. Вони належали ордену єзуїтів і були збудовані для його потреб. Сьогодні колегіум використовується як навчальний заклад, а костел є кафедральним собором Луцької католицької дієцезії.
Орден єзуїтів з’явився в Луцьку на початку XVII століття. У 1604 році єпископ Мартин II Шишковський виступив ініціатором та фундатором заснування єзуїтського колегіуму. Цього ж року відкрили місійний дім, де почали діяти безкоштовні публічні школи. У 1607 році були виділені маєтності для майбутнього колегіуму, а вже у 1608 місійна школа була реорганізована в колегіум. Згодом, у 1609 р. король Сигізмунд ІІІ надав привілей на закуп плацу для костелу і нового великого колегіуму, а ще через рік єпископ Павло III Волуцький виділив значну суму коштів для будівництва. Паралельно з цим, архітектором М. Гінтзом був розроблений проект будівництва, який пізніше, імовірно, доповнив і дещо переробив архітектор Джакомо Бріано. Саме за його участю 16 липня 1616 р. відбулося закладання наріжного каменю підмурків костелу. Єпископ Павло ІІІ Волуцький освятив фундаменти майбутнього костелу.
Костел єзуїтів почали будувати на місці В’їзної вежі Окольного замку так, щоб він замінив собою ділянку стіни замку, а головний фасад костелу опинився біля в’їзних воріт. Після закладання першого каменю упродовж двох років 1616-1617 нагляд за будівництвом здійснював Джакомо Бріано. У 1627 р. будівництво велося вже під наглядом архітектора Мацея Мая (Маїка). Склепіння костелу заклали у 1630 р. і через 7 років нарешті завершили купол. Посвята на честь Святих Петра і Павла відбулася у 1639 (1640) р. Планування костелу було хрестово-купольним на основі вписаного у квадрат грецького хреста. Цим самим костел був яскравим прикладом архітектури ренесансу.
Проектуванням колегіуму займався інший архітектор — Бенедикт Моллі. У 1640 році в колегіумі, який ще не мав того великого приміщення, яке для нього планувалося, вже працювало 30 єзуїтів. У 1646 р. проект був завершений. Луцький єзуїтський колегіум був одним із найзаможніших на Волині. Тут зокрема вчився Казимир Флоріан Чарторийський, який згодом став примасом.
У 1648 р. внаслідок національно-визвольної боротьби під проводом Хмельницького Луцьк зазнав нападу козаків. Костели міста були розграбовані, майно понищене. Єзуїти були змушені покинути костел. Вернулися вони сюди у 1667 р. і дали нове життя комплексу. Відновилися школи, театр.
14 червня 1724 р. сталася величезна пожежа, яка дуже пошкодила костел і колегіум. Упродовж наступних років аж до 1730 р. велася докорінна відбудова за участю архітектора-єзуїта Павла Гіжицького. Після цього храм набув зовсім іншого вигляду. Щоб зберегти ослаблені пожежею стіни, її оббудували галереями і нартексом із музичними хорами; встановили дві зовнішні вежі. Костел набув класицистичного вигляду. Аналогічно відбудовувався костел єзуїтів у Любліні. Перебудований костел був зображений на іконі Святого Ігнатія середини XVIII століття, яка імовірно, писалася для тринітарського костелу Луцька.
У 1773 р. Папа Климент XIV видав бреве, де зазначалося, що орден єзуїтів скасовується. Луцький костельний комплекс із колегіумом внаслідок цього передали Народній комісії освіти. Після касації ордену в 1773 році викладачі луцького єзуїтського колегіуму стали викладати в інших школах міста а також у вищій школі академічного типу, яка була організована Народною комісією освіти частково у приміщеннях обгорілої кафедри Святої Трійці, а частково у колишньому колегіумі.
Луцьке єпископство було відновлене аж у 1925 р. Папою Пієм XI. За рік до того в костелі сталася пожежа, яка поглинула Великий вівтар, в тому числі короновану ікону з домініканського монастиря. Також була знищена ікона Святої Трійці художника Кунітцера. Через рік був споруджений новий Великий вівтар. У 1936 році фондом Леона Райнеля костелові було подаровано серію рельєфів «Хресна дорога» скульпторки Софії Тшцінської-Камінської. Після Другої світової, коли Волинь була уже у складі СРСР, радянська влада закриває кафедру. Це сталося у 1946 році. Підземелля костьолу використовували для зберігання овочів, а саме приміщення використовували під контору, майстерні, житло. У 1955 р. відбувалася реконструкція колегіуму. У сімдесяті роки велися роботи для пристосування костелу під музей і вже грудні 1980 р. в колишньому костелі було відкрито Обласний музей атеїзму. В 1982 році був розібраний Великий вівтар із позолоченими скульптурами та мармуровими сходами; пресвітерій був перероблений для розміщення величезної експозиції «Космос», був знищений синій дашок з позолоченими зірками над амвоном.
Після багатолітньої перерви 27 вересня 1990 р. відбулася перша римо-католицька служба. В наступні роки костел було реставровано та відновлено за призначенням. У травні 1998 р. луцький єпископ Маркіян Трофим’як зайняв кафедру у костелі Петра і Павла. У 1999 р. був привезений із Німеччини та встановлений орган, побудований у 1953 році органобудівниками Генріхом Рохльфінгом та Маттхайсом Крайнбрінком з міста Оснабрюк на одній з найдавніших органних фірм.
Костел має великі (три) чотириярусні підземелля. Тут знаходяться приміщення різного функціонального призначення. Одну з великих кімнат займав підземний храм. На стінах ще збереглися старовинні фрески та латинські написи, які поки що не вдалося прочитати. Є трапезна, каплиця, де була похована шляхтянка Магдалина. В одному з приміщень підземель знаходиться вузький отвір, який веде у нижню кімнату. В цій кімнаті колись тримали ув’язнених. Сама кімната має ще один отвір униз, який знаходиться посередині кімнати. Отвір веде до криниці, з якої брали воду. Це був один зі способів катувань ув’язненого, якому не давали води, а лише відрами біля нього підіймали воду доверху.
Свого часу саме крипта відіграла важливу роль для розуміння історії костелу. Так, було встановлено, що склепіння зводили повторно. На місці підлоги середньої нави було провалля після якоїсь пожежі. Тут видно різного розміру і часу виготовлення цеглу. Наприклад, в одному з проходів, який вів від костелу в сторону села Забороль, знайдена цегла з позначками «1554» та «1654». В середині минулого століття той прохід мав лише 30 м, далі був обвал. Тоді ж ходи були замуровані старою цеглою. Очевидці кажуть, що один із проходів сполучав підземелля костелу із підземеллями замку Любарта. У шістдесятих роках ХХ ст. той прохід обвалився, потім його частково замурували і наново заклали замковий майдан. В одному із приміщень другого ярусу були знайдені 8 гробниць з червоної міді. Над ними на стінах були кольорові розписи.