Peterskyrkan (italienska Basilica di San Pietro in Vaticano, latin Basilica Sancti Petri) är en kyrkobyggnad belägen i Vatikanstaten i Rom och katolicismens huvudkyrka. Peterskyrkan är uppkallad efter aposteln Petrus, som led martyrdöden omkring år 64 e.Kr. och som antas ha blivit begravd på denna plats. Confessio, det nedsänkta utrymmet framför högaltaret, skapades av Carlo Maderno för att behålla direkt kontakt med Petrus grav. I kupolen står citat ur Matteusevangeliet 16:18–19 på latin: Tu es Petrus et super hanc petram aedificabo ecclesiam meam et tibi dabo claves regni caelorum ("Du är Petrus och på denna klippa skall jag bygga min kyrka; Jag skall giva dig himmelrikets nycklar.") Peterskyrkan är en av Roms fyra patriarkalbasilikor.
Peterskyrkan var otvivelaktigt världens största kyrka mellan 1626 och 1989. Från 1990 anses i vissa sammanställnigar Notre-Dame de la Paix vara större, men det är tveksamt om den verkligen kan sägas vara det - antalet potentiella sittplatser i Notre-Dame de la Paix är till exempel bara en tredjedel av Peterskyrkans. När beräkningar av ytan har gjorts har i Notre-Dame de la Paixs fall även byggnader som inte hör till själva kyrkobyggnaden räknats med, något som inte gjorts i beräkningar av Peterskyrkans yta. Katedralen är 132,5 meter hög och ytan på insidan är 15 160 m² stor så att teoretisk 60 000 människor samtidig har plats. Långhuset har en längd av 187 m och är 27,50 m bred. Tvärskeppets mått i bredden är 138 meter.
I domkyrkans inre finns cirka 800 kolonner, 390 kolossala skulpturer som är framställd av travertin från Tivoli, Carraramarmor eller brons samt 45 altarna.
Ingången från förhallen till kyrkan utgörs av en bronsdörr skapad av arkitekten Filarete (ca. 1400 - 1469). Porta santa (italienska för "Den heliga dörren") som ligger bredvid huvudentrén öppnas endast under jubelår då pilgrimer går genom den. Jubelår firas vart 25:e år och syftar till att troende skall få förlåtelse, samt vart 50:e år då man högtidlighåller Jesu död. Traditionsenligt knackar påven på den med bronshammare, den låses upp och är öppen till årets slut.
I varje av de fyra huvudkolonnerna som bär den stora kupolen finns en nisch och i dessa står 4,5 meter höga helgonskulpturer som föreställer Veronica, Helena, Longinus och Andreas. Dessa figurer syftar på reliker som förvaras eller förvarades i Peterskyrkan: Veronicas svetteduk, en bit av det heliga korset, den heliga lansen och Andreas huvud (finns sedan 1964 i Patras).
I kyrkan finns Berninis högaltare, vid vilket endast påven får celebrera mässan samt Michelangelos mästerverk, skulpturen Pietà (1499), som föreställer Jungfru Maria med den döde Jesus i sitt knä. Drottning Kristina ligger begravd under Peterskyrkan.
Peterskyrkan är ett veritabelt "konstmuseum" med alla sina målningar, skulpturer, stuckaturer och mosaiker. I korsmitten förvaras kostbara reliker, bland annat en del av Kristi kors. Interiören hyser även ett antal påvegravar.
Kupolen består av två skikt och är den största fribärande byggnaden av tegelsten i världen. Den har en diameter av 42,34 m (86 cm mindre än kupolen över Pantheon men med 43, 20 m högre än denna) och bärs av fyra femkantiga kolonner med en "diameter" av cirka 24 m. Till kupolens uppsats går 510 trappsteg (eller bara 320 om besökaren innan använder hissen till takterrassen). Från uppsatsen erbjuds utsikten över Vatikanens kullar, Petersplatsen och övriga delar av Rom.
Den nuvarande kyrkan påbörjades 1506 och invigdes 120 år senare, 1626. Under nästan hundra år pågick diskussioner om vilken grundplan Peterskyrkan slutligen skulle ha. Vissa arkitekter förordade det grekiska korset, medan andra föreslog det latinska korset. Flera kända arkitekter har satt sitt avtryck på kyrkan: Bramante, Rafael och Michelangelo. Det var dock Carlo Maderno som fick sista ordet, då han ritade långhuset och fasaden i början av 1600-talet.
Den 18 november firas i Romersk-katolska kyrkan Petrus- och Paulusbasilikornas invigningsdag, d.v.s. Peterskyrkan och San Paolo fuori le Mura.
2007 visiterades katedralen av cirka 20 000 människor. På så sätt är kyrkan en av de mest besökta byggnader på världen. Som skydd mot terroristattacker finns omfattande kontroller med ett flertal slussar.