V minulosti dediny niesla názvy Petersdorf aj Petrovice, zrejme podľa richtára Petra spomínaného k roku 1391. Názov Petrov je prvýkrát doložený roku 1869, prídomok "an der Tess" získala v roku 1924, od roku 1955 niesla názov Petrov nad Desnou. Osada Teresienthal (dnes Terezin) vznikla na petrovických pozemkoch roku 1789 a volá sa podľa grófky Terézie Žerotínova, rodenej Schrattenbachové.
Roku 1354 získala výsady tunajšie rychta. Od 14. storočia patril Petersdorf k panstvu Veľké Losiny, s jeho rozdelením pripadol k panstvu Vízmberk (vtedajší názov Loučné) .Od zavedenia obecného zriadenia bol Petersdorf samostatnou obcou, v rokoch 1938-1945 bola dedina súčasťou obce Rapotín, od 9. mája 1945 do 31. januára 1946 súčasťou obce Sobotín, potom bol Petrov nad Desnou opäť samostatnou obcou až do roku 1980, kedy bol aj s Terezínom opäť pripojený k Sobotín. V referende v roku 1995 návrh na osamostatnenie tesne neprešiel, v septembri 2008 sa pre odtrhnutie vyslovilo 53% hlasujúcich. Od 1. januára 2010 sa Petrov nad Desnou s Terezínom opäť oddelili od obce Sobotín, 8. a 9. januára 2010 sa tu konali komunálne voľby.
Až do vysídlenie Nemcov po druhej svetovej vojne bol Petrov nemeckou obcou s českou menšinou.
Od roku 1519 stál v Petersdorf kostol svätej Maří Magdalény, ktorý však 26. júla 1904 následkom blesku vyhorel a kvôli blízkosti kostola v Rapotín už nebol obnovený, ale rozobraný na materiál.
Obec bola dejiskom sedliackych povstaní. Tunajšie kraj je tiež preslávený čarodejnickými procesy, ktorým padla roku 1686 za obeť aj Petrovická Rychtářka Voršily Kolbová.
V rokoch 1839 až 1931 bola na mieste pôvodného hamru strojírna, ktorá patrila k Železárny bratov Klein. Od roku 1932 pôsobil na území Petrova závod Velamos na výrobu bicyklov.