Петровской улица названа в честь основателя Таганрога Петра Первого.
С 1923 г. улица носила имя вождя Советского государства В. И. Ленина.
В 1998 году части улицы на протяжении от 1-го Крепостного переулка до улицы Дзержинского возвращено наименование Петровская. Часть улицы в районе, застроенном в советские годы, продолжает называться улицей Ленина[2].
Участок улицы от Парка культуры до ресторана «Волна» (Тургеневский пер.) в 60-х — 70-х годах XX века неофициально назывался «Бродвеем»: это было главное место города для вечерних прогулок[3]. Также употреблялось сокращённое наименование «Брод»[4].
Петровская улица переименовывалась 8 раз: 2-я продольная ул., Московская ул., Дворянская ул., Большая ул., Петровская ул., ул. Ленина, Петровская ул. (1941), ул. Ленина (1943), и вновь — Петровская (до пересечения с ул. Дзержинского — далее ул. Ленина).