Su carrera artística la desarrolló principalmente junto a su hermana, Mercedes, conformando el dúo "Hermanas Orellana", donde Petronila tocaba el arpa y su hermana la guitarra.
Las presentaciones fueron siempre de tonadas y cantos tradicionales chilenos.
Sus presentaciones se centraron en las diversas reuniones típicas y costumbristas de Chile, como trillas, rodeos y mingas.
El dúo se separó a finales de la década de 1940, y Petronila siguió cantando en una de las últimas casas de canto en las cercanías del Barrio Pila del Ganso[3] hasta que perdió lentamente la voz para seguir cantando.
A pesar de que su mayor logro fue la composición de la cueca Chicha de Curacaví, también participó en la creación y ejecución -en el arpa- de otros éxitos reconocidos en la cultura popular chilena.