Станция открыта 1 июля 1963 года в составе участка «Технологический институт» — «Петроградская». Наименование получила из-за расположения на Петроградской стороне, одном из исторических районов города.

Единственный наземный вестибюль станции встроен в здание «Дома мод», расположенного на пересечении Каменноостровского проспекта и Большого проспекта Петроградской стороны, у площади Льва Толстого.

"Петроградская" — станция закрытого типа ("горизонтальный лифт") глубокого заложения (глубина заложения — 53 метра).

Гофрированная поверхность стен перронного зала выполнена облицовкой из керамики. Торцевая стена украшена золотистым декоративным панно на фоне синей решётки, с профилем молодых рабочего и крестьянки, отражающих тему революционного Петрограда.