Ubicada a la orilla del río Ishim —un afluente del río Irtish que, a su vez, lo es del río Obi—, se encuentra cerca de la frontera con Rusia, a 350 km al oeste de la ciudad de Omsk.

Las vías del tren Transiberiano pasaban en sus orígenes por esta ciudad, pero actualmente la línea principal pasa solo por Rusia, y queda un poco más al norte.

En la última estimación de población, hecha en 1999, la ciudad poseía 203.400 habitantes.

Petropávlovsk fue fundada en 1752 como un puesto avanzado del Ejército del Imperio ruso para controlar a los pueblos nómadas de la estepa.

Gracias a su papel de centro comercial especializado en la seda y las alfombras hasta la Revolución de Octubre, en 1917.