Petrova Ves leží v západnej časti Slovenska v malej kotline otvorenej západným smerom do Dolnomoravského úvalu k susednému mestu Gbely a rieke Morave. Z ostatných strán ju obklopujú nevysoké pahorky Myjavskej pahorkatiny, ktoré na severovýchode a východe prechádzajú do kopcov okolo Unína a Holíča. V okolí Petrovej Vsi sa nachádzajú obce Unín, Radimov, Letničie, Smolinské a mestá Gbely, Holíč, Šaštín Stráže.