La Pétrusse prend naissance à la confluence de plusieurs ruissellements de sources situées dans le Dippecherbësch.
Elle s’engouffre dans la vallée qui porte son nom. Cette vallée, d’une profondeur d’environ 50 mètres, faisait jadis partie des défenses naturelles de la Ville de Luxembourg et ses roches en grès de Luxembourg furent creusées et minées par les différentes puissances militaires occupantes, notamment les Français avec Vauban, afin d’augmenter ses possibilités de défense par l’intérieur et le sous-sol. Les casemates, dont certaines parties sont ouvertes aux visiteurs (~23 km au total), en sont un témoignage spectaculaire.

Dans le cadre des travaux de fortification, on construisit également une écluse, afin d’empêcher toute invasion depuis ce côté de la ville.
La Pétrusse a donc, sur les hauteurs à sa gauche, la Ville-Haute ou vieille ville et, à sa droite, le plateau Bourbon et les nouveaux quartiers dits « de la Gare ».
C’est dans le quartier du Grund (Gronn, en luxembourgeois, c’est-à-dire « fond » de la ville), que la Pétrusse se jette dans l’Alzette.
Jusqu’en 1933, la Pétrusse n’était qu’un ruisseau sauvage mal entretenu, dont le lit fut ensuite partiellement bétonné. Entre temps, elle a fait l’objet de plusieurs interventions de renaturation et sa vallée a été transformée en un vaste espace vert très prisé du public.