Точное время постройки этой башни, расположенной на южной стене Кремля, неизвестно. Предположительно, это произошло в 1480 году. Раньше к башне примыкала церковь Митрополита Петра, принадлежавшая подворью Угрешского монастыря, поэтому иногда ее называют Угрешской.
В 1612 году во время наступления польской армии башня была разрушена. Ее сразу же восстановили и добавили ложные навесные бойницы (машикули). В 1676-1686 гг. были проведены работы по изменению внешнего вида постройки, что привело к появлению надстройки, отличающейся от верхушек других башен и представляющей собой невысокий восьмигранный шатер, в архитектурный ансамбль которого введены полуколонки, расположенные по углам. В 1771 году было решено разобрать Петровскую башню, а в 1783 году ее восстановили. В 1812 году французы, спешно покидавшие Москву, взорвали постройку, которая была выведена заново в 1818 году под руководством О. И. Бове. Петровская башня немного вытянута с севера на юг, в ее основном четверике в два яруса расположены сводчатые помещения. Переход к восьмигранному шатру осуществлен при помощи тромбов. Высота Петровской башни составляет 27,15 метра.