С 1987 года занималась лыжами, а в 1989 году перешла в биатлон. В этом же году Петрова выигрывает чемпионат Советского Союза среди юниоров. После распада СССР она уезжает на Украину, где, выиграв два национальных первенства, попадает в состав основной сборной этой страны. Дебютировала в Кубке мира в сезоне 1992/1993. Настоящим успехом можно назвать выступление Петровой на Чемпионате мира 1996 года в Рупольдинге, где она завоевала три медали, а по итогам сезона заняла седьмое место в общем зачёте Кубка мира. В 1997 году Петрова завоёвывает ещё одну медаль Чемпионата мира, а на Зимних Олимпийских играх 1998 года в Нагано она попадает на подиум в индивидуальной гонке. Четырёхкратная вице-чемпионка мира всегда отличалась хорошей стрельбой. Именно поэтому её ценят как хорошего командного бойца, незаменимого в эстафетных соревнованиях.