Бульвар, как и некогда ворота Белого города, носящие имя Петровские, получили это название благодаря древнему Высоко-Петровскому монастырю, что на улице Петровке. Петровский бульвар довольно протяженный, его длина 450 метров. Он идет от Петровских ворот до Трубной площади. К бульвару примыкают всего два переулка: с внутренней стороны Крапивенский, с внешней - 3-й Колобовский переулок.
Стена Белого города в этом месте была разрушена в 1770-х годах. Камень был разобран местным населением для своих строительных нужд. Еще до разбивки бульвара здесь стояли деревянные строения: конюшни, бани и жилые дома.
Сам бульвар был разбит в начале XIX века и первоначально был засажен березами.
В торце бульвара сохранилось здание «гостиничного дома» (№ 7/30). Подобные гостиницы по указу Павла I должны были находиться в начале и в конце каждого бульвара, и лишь немногие из них сохранились до наших дней.
Настоящее разорение бульвару принес московский пожар 1812 года. Лишь в 1818 году на нем вновь появились деревья, теперь уже липы, и были отстроены многие дома. Одним из них является дом № 19, где в 1850 г. родилась математик Софья Васильевна Ковалевская.
На четной стороне бульвара интересен дом № 8, где на балу у хозяина дома, внука первого российского историка Василия Никитича Татищева, был сам император Павел I.
На нечетной стороне можно выделить дом № 17/1, принадлежавший виноторговцу Депре. Он построен в 1902 году архитектором Р.И. Клейном.
В самом конце бульвара находится Московский театр «Школа современной пьесы» (№ 14/29). Его здание было построено в начале XIX в., перестроено во второй половине века. Здесь находился знаменитый ресторан Люсьена Оливье «Эрмитаж», где бывали многие известные люди того времени.
В 1999-2000 годах несколько домов в конце бульвара и дом № 12 были снесены.
С 1880-х до 1911 гг. по бульвару ходила конка, с 1911 до 1963 г. – трамвай.
В 1947 г. в связи с послевоенной реконструкцией Бульварного кольца Петровский бульвар был огражден чугунной решеткой, а со стороны Трубной площади украшен двумя гранитными постаментами с чугунными вазонами. На бульваре обновили деревья, теперь это тополь, липа и ясеневидный клен, и устроили цветники.