Comme sa grande sœur la basilique Saint-Sernin, l'église avait été bâtie au V siècle sur une nécropole. Au X siècle, le comte Guilhem IV permettait aux bénédictins de l'abbaye de Moissac d'en prendre possession.
Ce n'était qu'un prieuré qui fut confié cinq siècles plus tard aux Chartreux. Entre temps, l'église s'est parée d'une nouvelle nef et d'un nouveau chœur.
Le nom Saint-Pierre-des-Cuisines n'a rien à voir avec un quelconque lieu de restauration. Cuisines est une version francisée de Coquinis, et désigne des petits artisans. L'histoire raconte que des pêcheurs de la région avaient jadis honoré Saint-Pierre en lui dédiant un prieuré. Le nom de ces Coquins de l'époque gallo-romaine a donc été attribué par Guilhem IV à l'édifice lorsqu'il le confia à l'abbaye de Moissac.
L'église renferme une crypte archéologique présentant les vestiges d'une basilique paléochrétienne du IV siècle et d'une église pré-romane. Au XI siècle, l'église est donnée à l'abbaye de Moissac par le comte de Toulouse. À partir du XII siècle, l'église est un haut lieu public. En 1189, le comte Raymond V de Toulouse y reconnaît les privilèges de la Commune de Toulouse dirigée par des capitouls. Ce geste est renouvelé par Raymond VI de Toulouse en 1195, et par Raymond VII de Toulouse en 1222.
C'est à cet endroit que Simon de Montfort signa la reddition toulousaine. C'est aussi dans ces murs que les comtes prirent l'habitude de rassembler le peuple toulousain.
En 1286, les Coutumes de la ville y sont officiellement promulguées.
Au XVI siècle, l'église devient propriété des Chartreux. À la révolution, Saint-Pierre-des-Cuisines connut le même sort que l'église des Jacobins et la basilique de la Daurade. L'armée prit possession des lieux et s'en servit pour fondre des canons, et comme entrepôt.La paroisse est transférée à l'église des chartreux qui prend alors le nom de Saint-Pierre-des-Chartreux
La proximité du lieu avec les locaux du Conservatoire National de Région de Toulouse en a fait un auditorium pour cet établissement (pour ce qui est de l'ancienne église), mais également, pour les locaux alentours, une école de danse rattachée au Conservatoire qui offre plusieurs salles de danse d'une superficie non négligeable.
