В соответствии с эколого-экономическим зонированием Подмосковья, территоррия Петровского поселения входит в состав Смоленско-Московской зоны, расположенной на северо-западе Московской области. Северная часть территории района граничит с особо охраняемыми территориями Клинского района, входящим в ГК "Завидово".

В структурно-геоморфологическом отношении территория поселения определяется, как платформенная пластово-денудационная равнина. В геоморфологическом отношении территория Петровского сельского поселения относится к Смоленско-Ярославской области ледникового и водно-ледникового рельефа в пределах московского оледенения, значительно переработанного эрозией, к району Клинско-Дмитровской возвышенности. Ледниковые холмисто-грядовые формы располагаются на высоком коренном цоколе и глубоко рассечены эрозионной сетью. На территории Московской области четвертичные отложения имеют повсеместное распространение и относятся к ледниковым образованиям. В течение длительного геологического времени происходила смена периодов погружения суши на дно моря и поднятия ее на поверхность; это способствовало созданию разнообразных осадочных пород. В континентальные периоды рельеф подвергался воздействию воды, ветра, резкой смене температур, на поверхности появлялись неровности, уклоны, террасы. Наивысшая точка всего Клинского района - 273,7 м. – расположена около деревни Петровское.

Согласно почвенному районированию, Петровское сельское поселение входит в округ дерново-подзолистых суглинистых почв Смоленско-Московской возвышенности, иногда различной степени смытости. Среди видов дерново-подзолистых почв по степени оподзоленности в Смоленском округе преобладают среднеоподзоленые (на поверхности водоразделов и верхних частях склонов) и сильнооподзоленные (в микропонижениях водоразделов и нижних частях склонов). Подзолы развиты в зоне хвойных лесов. Дерново-подзолистые почвы распространены в зоне лиственных лесов, их используют под посевы, сенокосы, пастбища, огородничество. Там, где обеспечен приток грунтовых вод, распространены болотно-подзолистые (заболоченные) и торфяные болотные почвы. Растительный покров здесь состоит из осок, тростников, мхов, болотных кустарников, угнетенных березы, сосны, ели. Под луговой растительностью образуются дерново-глеевые почвы.
В поймах рек формируется пойменная (или элювиальная) высоко плодородная почва, дающая обильный урожай высококачественных трав для нужд животноводства.

Для Петровского сельского поселения характерны земли с достаточно высоким показателем увлажнения почв и их заболоченности (от 50 до 75% от общей площади). В районе отмечается высокая эродированность почв. Содержание гумуса в почвах невысокое (2,5%).

В гидрогеологическом отношении Петровское сельское поселение относится к Московскому артезианскому бассейну. Подземные воды этого региона приурочены к породам палеозойского возраста. Осадочные породы этого возраста представлены чередованием хорошо проницаемых известняков, песков и слабоводопроницаемых мергелей, глин. Подземные воды этого района заключены в каменноугольных отложениях, приуроченных к верхнедевонским породам, к отложениям юрской и меловой систем. Повсеместно развиты воды четвертичных отложений. Воды вскрыты на глубине 0,8 – 2,6 м, водовмещающими грунтами являются покровные пески. Мощность водонасыщенных грунтов составляет 0,1 – 2,2 м.

Поверхностные водные объекты, расположенные на территории поселения, относятся к достаточно благополучным водным объектам. Средние концентрации загрязняющих веществ в них не превышают ПДК.