Петропавловский переулок располагается в Центральном округе столицы, в районе Таганский. Переулок пролегает от Яузского бульвара на северо-запад до пересечения с Певчевским и Подколокольным переулками. Недалеко от Петропавловского переулка проходят Устьинский проезд и улица Солянка, Яузская улица. Здания, расположенные вдоль Петропавловского переулка имеют нумерацию от Подколокольного переулка.
Западнее границ Петропавловского переулка пролегает русло Москвы реки, вдоль берегов которой протянулась Москворецкая набережная, на стороне переулка и Раушская набережная на территории острова Балчуг. А так же недалеко от описываемого переулка проходит русло реки Яузы, которая вливается в Москву реку около Большого Устьинского моста. Между мостом и Петропавловским переулком расположен Устьинский природный сквер. Около северо-западной границы Петропавловского переулка находится Хитровская площадь и здание Австралийского посольства напротив переулка.
Своё название Петропавловский переулок получил по расположению около храма святых апостолов Петра и Павла, храм располагается «на кулишках» или на «горке» возле Яузских ворот. Ранее на территории столицы находилось большое количество Петропавловских переулков.
Территория, на которой расположен Петропавловский переулок известна ещё с 11-го века, здесь пролегала торговая дорога в направлении Рязани. Эта местность была заселена в 16-м веке. В 1812-м году постройки на этой территории почти полностью выгорели и довольно долгое время находились не застроенными. В 1830-х годах этот район выкупил Н. З. Хитрово, поставил здесь торговые лавки и ряды, возвёл несколько домов на торговой площади, построил часть зданий около переулков и передал постройки вместе с территорией, городу. Во второй половине 19-го века здесь появилась биржа труда.
Протяжённость Петропавловского переулка составляет двести метров, около Петропавловского переулка находятся:
- Дом Румянцева – является памятником истории и архитектуры.
- Строительная площадка шахты № 830.
- Офисное здание старинной застройки.
- Пятиэтажный жилой дом, в здании расположен учебный центр «Новые знания».
- Храм святых апостолов Петра и Павла.
- Четырёх, пятиэтажный жилой трёх подъездный дом, постройки 1926-го года.
- «Дом утюг» - памятник истории, в здании находятся: институт управления, парикмахерская, корпорация недвижимости.
Около Петропавловского переулка хорошо озеленены дворовые территории, а так же недалеко от переулка находится природный сквер около площади Яузские Ворота и сквер, протянувшийся вдоль Яузского бульвара.
Через Яузский бульвар проходит маршрут трамваев №№ 39, 3, А. По улице Солянка проезжают автобусы №№ 158, Н5, Н4, маршрутки № 316м и курсируют троллейбусы №№ 63, 45.
Станция метро «Китай-Город» находится в пятисот метрах от Петропавловского переулка.