Село Петропілля знаходиться на березі річки Середня Балаклійка, вище за течією на відстані 2,5 км розташоване село Олександрівка, нижче за течією примикає село Сумське. Нижче за течією на річці велика загата. На відстані 1 км розташоване село Ставище. Через село проходить автомобільна дорога Т 2110.
12 червня 2020 року, відповідно до Розпорядження Кабінету Міністрів України № 725-р «Про визначення адміністративних центрів та затвердження територій територіальних громад Харківської області», увійшло до складу Шевченківської селищної громади.[2]
17 липня2020 року, в результаті адміністративно-територіальної реформи та ліквідації Шевченківського району, увійшло до складу Куп'янського району Харківської області.[3]
