Населённый пункт был основан в 1789 году по указу императрицы Екатерины II и получил название Петровский Завод, по одной версии — в честь императора Петра I, много сделавшего для развития российской чёрной металлургии, по другой — по местному храму апостола Петра. В 1926 году село Петровский Завод было преобразовано в город Петровск-Забайкальский, при этом железнодорожная станция сохранила прежнее название.
Петровский железоделательный и чугунолитейный завод был построен купцом Бутыгиным и кузнецом Шелоховым. Решение о его строительстве было принято 1 февраля 1788 года Кабинетом Её Императорского Величества. Весной 1789 года на реку Балягу прибыли первые строители из числа рекрутов и ссыльнокаторжных. 29 ноября 1790 года получен первый чугун из руды Балягинского месторождения.
Завод состоял из доменной фабрики с одной печью для плавки чугуна из руд, формовочной фабрики, молотовой с горнами и кричными молотами для переделки чугуна в железо, стальной и укладной избы, плющильной, резной и якорной фабрик, меховой избы, кузницы, плотины, конторы, казармы, госпиталя, магазина. Первым управляющим завода был А. Сибиряков. На заводе работало 1307 человек, для их охраны и розыска беглецов содержались казачья сотня и команда из 125 солдат и унтер-офицеров стрелковых войск Забайкалья.
С 1822 года завод уже лил полосовое, широкополосовое и листовое железо из балягинской железосодержащей руды. Кроме железа выплавлялась и сталь, которой в первый год было получено 80 пудов. На Петровском заводе впервые в истории чёрной металлургии в России была применена паровая машина. Здесь трудились талантливые механики Фёдор Борзов и Степан Литвинов — достойные наследники гениального русского механика Ивана Ползунова. На Петровском заводе трудились служащие, работный люд и ссыльные разных категорий. Основной деятельностью местных жителей была также добыча железной руды Балягинского месторождения. Руда добывалась закрытым (шахтным) методом.
