In einer Schenkungsurkunde des Markgrafen Albrecht an das Kloster Wanzka aus dem Jahre 1298 wird der Ort Petersdorf erstmalig erwähnt. Kirchlich gehörte der Ort zunächst zu Woldegk. Es wird berichtet, dass im Jahre 1357 Pfarrer Johann zu Woldegk im Dorf sechs Hufen nebst einer Roggenhebung aus der Petersdorfer Mühle kaufte. Anfangs war Petersdorf selbstständige Pfarrei des Havelberger Sprengels, seit der Reformation gehört es aber als Filiale zu Alt Käbelich.

Die Kirche ist ein spätmittelalterlicher Findlingsbau des 15. Jahrhunderts. Im Jahre 1821 wurde ein dreistöckiger Fachwerkturm des 18. Jahrhunderts wegen Baufälligkeit abgerissen. Dieser war auf ein mit dem Schiff gleich breites bis zur Traufe verbundenes Westhaus aus Felsenmauerwerk aufgesetzt, welches ebenfalls abgetragen wurde. Man kann davon ausgehen, dass der Findlingsunterbau des Turmes mit dem Schiff gleich alt war. 1826 erfolgte der Neubau des jetzigen Turmes.

Am 2. Oktober 1990 - einen Tag vor der Deutschen Einheit - wurde das Kreuz auf dem Kirchturm angebracht.

Das sehr schadhafte Dach der Kirche wurde im Jahre 1980 erneuert. 1981 wurde mit viel Eigenleistung die zerstörte Friedhofsmauer aus Feldsteinen zur Straßenseite hin wieder hergestellt und 1987 wurde die Kirche von innen ausgemalt.

Kurz vor Weihnachten, am 18. Dezember 2020, wurde die Sanierung des Kirchturms abgeschlossen. Über 240.000 Euro waren dafür erforderlich. Neben umfangreichen Arbeiten an der in Mitleidenschaft gezogenen Außenfassade wurden die Blitzschutzanlage komplett erneuert und die Elektroanlage dem Stand der Technik angepasst. Um zukünftig Eindringen von Regenwasser zu verhindern, waren aufwendige Arbeiten an der Dachkonstruktion und der Dacheindeckung nötig.