L’église Saint-Pierre-des-Chartreux doit son nom à la communauté de moines chartreux qui l’édifia au début du XVIIe siècle.
La construction de l’église débute en 1602 : des frères chartreux, chassés par les protestants de la chartreuse Notre-Dame de Bellevue près de Castres, décident de s’établir dans un monastère à l’abri des murs de Toulouse.
Le grand vaisseau de l’église possède la particularité d’être divisé en deux parties, séparées par un maître-autel biface. On trouve d’un côté la nef des fidèles, accessible à tous, et, de l’autre côté, la nef des moines, autrefois réservée aux religieux.
Après la chute d’un premier dôme en 1609, l’édifice fut surélevé.