Przed rewolucją październikową eparchia ołoniecka liczyła 565 cerkwi i 2127 kaplic, rozlokowanych w 35 dekanatach, w których pracę duszpasterską wykonywało 1370 kapłanów. Działało ponadto 20 klasztorów. Katedra ołoniecka była obsadzona do 1937. Po tej dacie, z braku kandydatów na biskupa, obszar eparchii znalazł się pod tymczasowym zarządem metropolitów leningradzkich. Nowy hierarcha został wyznaczony dopiero w 1947, jednak już w roku następnym samodzielne biskupstwo zostało skasowane i ponownie dołączone do eparchii leningradzkiej. W tym czasie na terytorium eparchii działały 4 cerkwie.
Odbudowa 19 lipca 1990 Pietrozawodsk ponownie został stolicą samodzielnej eparchii Rosyjskiego Kościoła Prawosławnego. W tym momencie na wyznaczonym terytorium eparchii działało 5 parafii obsługiwanych przez 6 kapłanów. Biskupem pietrozawodzkim i ołonieckim został Manuel (Pawłow). Od 1996 nosił on tytuł biskupa pietrozawodzkiego i karelskiego, co pokrywało się z nową nazwą eparchii.
Według danych z 2005 liczba parafii wzrosła do 66, reaktywowano również 6 klasztorów (nie licząc stauropigialnego monasteru Wałaam).
W 2013 z terytorium eparchii wydzielono eparchię kostomukszańskąКостомукшская епархия.