Петровская набережная является одной из самых старых улиц Петербурга. На набережной был построен знаменитый домик Петра I – по существу первый дом в городе. Тогда он располагался у самого берега Невы, но позднее русло реки было отодвинуто на несколько десятков метров. По соседству с домиком Петра I появлялись и дома его приближенных и сподвижников - А.Д. Меньшикова, М.П. Гагарина, Н.М. Зотова, Г.И. Головкина, Я.В. Брюса и многих других. В тридцатые годы XVIII века, когда было решено переместить центр города на Васильевский остров, эти дома были снесены.
На нынешней Петровской набережной в первые годы существования Петербурга находился первый порт или пристань, так называемый Гагаринский буян (рядом находился дом Гагарина). Здесь причалил первый торговый иностранный корабль. Существует даже предание, что Петр I в роли лоцмана сам провел сюда это судно. Неподалеку от домика Петра I в начале XVIII века находились склады пеньки и льна. Отсюда и название находящейся здесь сегодня улицы – Пеньковая.
В XX веке на Петровской набережной появился целый ряд новых зданий: «Дом моряков» (№ 8), построенный для расселения комсостава Народного комиссариата военно-морского флота, дом № 2, где с восьмидесятых годов действовал Дворец бракосочетания, а ныне это резиденция полномочного представителя Президента РФ в Северо-Западном федеральном округе, и др.