Станция открыта 1 марта 1991 года в составе участка "Савёловская" — "Отрадное". Название станции — по одноимённому району Москвы.

Станция имеет один наземный вестибюль, который находится на Дмитровском шоссе, вблизи Локомотивного проезда. Рядом со станцией находится Петровско-Разумовский вещевой рынок и платформа "Петровско-Разумовское" Октябрьской железной дороги, расстояние до которой около 500 метров.

"Петровско-Разумовская" — колонная трёхсводчатая станция глубокого заложения (глубина заложения — 61,5 метр). Является одной из самых глубоких станций Московского метрополитена. Шаг колонн - 6,5 метров. Диаметр боковых залов — 8,5 метров, центрального — 9,5 метров. Своды залов станции опираются на колонны через фасонные клинчатые перемычки.

Над эскалаторным тоннелем и в окнах наружного вестибюля современного зала выполнены витражи (Зураб Константинович Церетели). Стены вестибюля выложены красным кирпичом. Колонны и путевые стены облицованы белый и серым мрамором, доломит-волостенит-геденбергитовым скарном. В торце зала находятся декоративные вазы с цветами из гипса. Пол выложен темным гранитом.

Пассажиропоток по входу — 87,3 тысяч человек в сутки, по выходу — 85,2 тысяч человек в сутки (исследование 2002 года).