Petrova gañou 35 títulos da WTA, 13 en individuais e 22 en dobres. En individuais, Petrova alcanzou a terceira posición da clasificación mundial en maio de 2006, e chegou ás semifinais do Roland Garros en 2003 e en 2005. En dobres, gañou o Sony Ericsson Championships en 2004 con Meghann Shaughnessy, e en 2012 con Maria Kirilenko.