Село Петрівка знаходиться біля витоків безіменній пересихаючої річечки, яка через 10 км впадає в Краснопавлівське водосховище. Село примикає до селища Біляївка. На відстані в 2 км розташовані села Веселе і Суданка. Поруч проходить автомобільна дорога Т 2107 і залізниця, станція Біляївка.
12 червня 2020 року, відповідно до Розпорядження Кабінету Міністрів України № 725-р «Про визначення адміністративних центрів та затвердження територій територіальних громад Харківської області», увійшло до складу Біляївської селищної громади[1].
19 липня 2020 року, в результаті адміністративно - територіальної реформи та ліквідації Первомайського району, село увійшло до складу Лозівського району Харківської області[2].