Когда в самом соборе для захоронений не осталось места, рядом с храмом к 1908 году построили усыпальницу, здания связали коридором. В усыпальнице было решено хоронить членов императорской семьи, но не самих коронованных особ. Всего в усыпальнице было предусмотрено 30 склепов.
После революции 1917 года Петропавловский собор был признан памятником архитектуры, его убранство сохранилось. Великокняжеской же усыпальнице повезло меньше, она была разграблена, мраморные надгробья разбиты. Долгое время там размещался склад. В 1930-х годах по инициативе рабочих рассматривался вопрос о замене ангела шпиля колокольни на рубиновую звезду. На этот проект успели даже составить документы, но из-за начала Великой Отечественной войны эту работу выполнить так и не успели. В начале 90-х годов усыпальницу стали восстанавливать, в 92-м году здесь был похоронен член дома Романовых Владимир Кириллович, в 2010-ом - к нему присоединилась его жена, Леонида Георгиевна.
"У самых вод раскатистой Невы,
Лицом к лицу с нарядною столицей,
Темнеет, грозный в памяти молвы,
Гранитный вал с внушительною спицей.
Там виден храм, где искони внутри
Опочивают русские цари,
А возле стен зарыты коменданты,
И тихий плач в гробницы льют куранты,
И кажется, на линию дворцов,
Через Неву, из недр иного света,
Глядят в столицу тени мертвецов,
Как Банко тень на пиршество Макбета..."
Сергей Андреевский.