Прямі літописні відомості про будівництво церкви відсутні. Згадується 1128 у зв'язку з розповіддю про події боротьби між Димитрівським і Печерським монастирями. Служителі останнього захопили церкву «и нарякоша ю Петра». Ця згадка дає підстави припускати, що у Димитрівському монастирі могло бути два храми. Фундаменти собору вперше виявлено 1758 під час зведення кам'яної огорожі навколо Михайлівського монастиря. Досліджували О. Анненков 1838, М. Сагайдак, С. Чернов 1980. Розкрито стрічкові фундаменти північної апсиди і південної частини церкви, складені з шматків граніту на світло-рожевому цем'янковому розчині. Загальна висота фундаментів — 1,5 м, шир. — 1,3 м. Храм являв собою шестистовпну триапсидну будівлю завдовжки 28 м і завширшки 19,5 м, можливо мав галереї. Середня апсида гранчаста, бічні — півкруглі. З північного та південного заходу до собору прилягали прибудови — вежа зі сходами і хрещальня.

Внутрішні опори храму у плані хрещаті. Виявлено фрагмент мурування сферичного перекриття будівлі, в якому два ряди вертикально поставлених плінф перекриває ряд горизонтально укладених плінф розміром 3,5—4 х 28-28,5 х 32 см. Діаметр виявленого перекриття бл. 2 м.
Матеріали досліджень зберігаються в Музеї історії міста Києва [874].

• Анненков О. С.
,
• Сагайдак М.
,
• Чернов С.