Время постройки Петровской башни точно неизвестно. Но предполагают, что первоначально она была возведена одновременно с другими башнями на линии крепостных стен со стороны Москвы-реки.
По своему архитектурному облику Петровская башня резко отличается от соседних башен. На нижний двухъярусный четверик с ложными навесными бойницами — машикулями поставлен второй, расчлененный на два яруса карнизами и тонкими полуколонками по углам. Сверху башня завершается восьмигранным пирамидальным шатром.