Улица была названа в 1883 году[1] (по другим данным, 16 апреля 1887 года[2]) по выходящей на неё Петропавловской больнице (в советское время — больница им. Ф. Ф. Эрисмана в составе 1-го Ленинградского медицинского института им. И. П. Павлова). Больница была построена в 1832—1835 гг. и, в свою очередь, названа по церкви святых Петра и Павла, занимавшей одно из помещений здания на третьем этаже.
По имени улицы назван построенный в створе улицы в начале XX в. Петропавловский мост. В 1967 году вместо старого деревянного моста появился находящийся уже в створе Большого проспекта железобетонный мост. Несмотря на то, что новый мост находится несколько западнее старого, за ним сохранилось прежнее название.
Объекты
Правая сторона Петропавловской улицы занята садом и зданиями медицинского университета (бывшего первого медицинского, а ранее — женского медицинского института, в состав которого вошла упомянутая выше больница).
Дом 1 — лаборатория и аудитория Суворовского корпуса Петропавловской больницы. Пристройка возведена по проекту архитектора Д. А. Крыжановского в 1904 году. По этому же адресу находится здание терапевтического отделения Петропавловской больницы — 1913—1914, архитектор Д. А. Крыжановский совместно с А. П. Гоголицыным.
Дом 6 — Большой проспект Петроградской стороны, 81 памятник архитектуры (вновь выявленный объект)[3] — доходный дом Д. М. Гончарова. Построен в 1910—1911 гг., архитекторы: гражданский инженер К. И. Розенштейн, военный инженер А. Я. Родионов.
Дом 8 — набережная реки Карповки — Большой проспект Петроградской стороны, 83 памятник архитектуры (вновь выявленный объект)[3] — доходный дом А. Д. Барановской. Дом украшен круглыми угловыми башнями (верхняя часть башни на углу Петропавловской улицы и набережной Карповки во второй половине XX века была утрачена в результате пожара, в 2014 году — восстановлена). В этом доме до революции находилась контора акционерного общества заводов П. В. Барановского, в которой летом 1917 года В. И. Ленин встречался с Л. Б. Красиным, о чём свидетельствует мемориальная доска со стороны Большого проспекта.
Горбачевич К. С., Хабло Е. П. Почему так названы?: О происхождении названий улиц, площадей, островов, рек и мостов Ленинграда. — 3-е изд., испр. и доп. — Л.: Лениздат, 1985. — С. 291. — 511 с.
Городские имена сегодня и вчера: Петербургская топонимика / сост. С. В. Алексеева, А. Г. Владимирович, А. Д. Ерофеев и др. — 2-е изд., перераб. и доп. — СПб.: Лик, 1997. — С. 94. — 288 с. — (Три века Северной Пальмиры). — ISBN 5-86038-023-2.
Горбачевич К. С., Хабло Е. П. Почему так названы?: О происхождении названий улиц, площадей, островов, рек и мостов Санкт-Петербурга. — 5-е изд., перераб. — СПб.: Норинт, 2002. — 353 с. — ISBN 5-7711-0019-6.
Кириков Б. М. Архитектура петербургского модерна. Особняки и доходные дома. — СПб.: Журнал «Нева», 2003. — 510 с. — ISBN 587516-154-X.