Деревянная церковь стоит в центральной части села, на краю застройки. Расположена на городище времен Киевской Руси, которое является мысовой частью высокого коренного правого берега реки Клевень при впадении в неё реки Воргол. Благодаря низинной левобережной пойме и размещению в зоне высокой композиционной активности церковь изначально была очень импозантной градостроительной доминантой, хорошо просматриваясь как среди одноэтажной усадебной застройки села, так и с луговой поймы - с расстояния до 3 км.

В самом раннем описании села Литвиновичи 1654 года упоминается деревянная Петропавловская церковь. В 1770-х гг., когда село принадлежало правителю тогдашней Малороссии генерал-фельдмаршалу графу П. Румянцеву-Задунайскому, на месте старой соорудили новую деревянную церковь. После того как она обветшала, на её месте в 1902 г. возвели новую деревянную крестовую в плане одноверхую церковь с колокольней в традиционных формах "епархиального стиля".

В 1930-х гг. церковь закрыли и переделали под сельский клуб. При этом разрушили церковный купол и верхний ярус колокольни, в результате чего строение утратило композиционную роль градостроительной доминанты. С 1941 года здание снова использовалось по первоначальному предназначению. В 1959 году церковь снова закрыли. В 1990 г. здание вернули религиозной общине, которая провела в ней ремонт.

В.В.Вечерский "Памятники архитектуры и градостроительства Левобережной Украины". - К., 2005, С. 381-382.

В 1940-1950х гг. настоятелем церкви служил выдающийся священник-подвижник протоиерей Иосиф Старожилов.