Первые сведения о растительном покрове урочища Петрова балка приводятся в работе С.В. Голицына (1956), включившего его в район распространения реликтовой "сниженноальпийской" растительности.
В конце XX - начале XXI вв. изучением флоры Петровой балки занимались сотрудники Центрально-Черноземного государственного биосферного заповедника и Курского государственного университета.
Общий список сосудистых растений урочища составлен на основании исследований А.В. Полуянова в 2011 - 2012 гг., учтены сборы и наблюдения сотрудника Центрально-Черноземного заповедника Н.И. Золотухина.
К настоящему моменту на территории урочища отмечено 212 видов сосудистых растений, из которых 47 видов внесено в Перечень редких и находящихся под угрозой исчезновения дикорастущих растений, лишайников и грибов, произрастающих на территории Курской области, для занесения в Красную книгу Курской области, утвержденный приказом департамента экологической безопасности и природопользования Курской области от 27.05.2013 N 109/01-11, из них 7 - в Красную книгу Российской Федерации.