Станция открыта 5 ноября 1980 года в составе участка "Контрактовая Площадь" — "Оболонь". Названа по одноимённому историческому району города.

Наземные вестибюли отсутствуют. Станция имеет два подземных вестибюля, соединенные с пешеходными подуличными переходами. Северный вестибюль выходит в подземный переход на Московский проспект и рынок Петровка, южный вестибюль выходит на улицу Вербовую к железнодорожной станции Киев-Петровка.

Пассажиропоток — 52,9 тыс. человек в сутки (2009 год).

"Петровка" — колонная трёхпролётная станция мелкого заложения (глубина — 6 метров). На станции — одна островная прямая платформа.

Для придания станции особого архитектурного звучания выбран путь выявления эстетической ценности долговечных отделочных материалов и их органического единства, что необходимо для современного решения пространства метровокзала. От станции «Оболонь» отличается подвесным потолком из перфорированного алюминия со встроенными в него светильниками.