Selo Petnica je veoma staro. Prve porodice su se u njega doselile već početkom 15. veka. Najstariji poznati pisani dokument je Petnički Psaltir iz 1488. godine koji svedoči ne samo o postojanju sela Petnica, već i o manastiru i školi pri njemu. Manastir su Turci spalili i potpuno uništili u 18. veku, ali i dalje postoji crkva, poslednji put obnovljena 1864. godine na temeljima stare, mnogo puta rušene i pljačkane, manastirske crkve. Prilikom kopanja temelja za objekte Stanice otkriveni su ostaci starog petničkog groblja ("bobije") koji su preneseni u današnju crkvu. Na mestu današnje istraživačke stanice postojala je škola, izgrađena 1925. god.
Teren sela geografski pripada valjevskom krasu koji čini niz niskih i srednjih planina raščlanjenih mrežom dolina, kotlina i klisura. One su pretežno sastavljene od krečnjaka, pa u sebi kriju brojne pećinske kanale, galerije, šupljine i dr. Okolina sela je bogata raznovrsnim biljnim i životinjskim svetom. Petnica obiluje površinskim i podzemnim vodama. Kroz selo protiče rečica Banja, koja izvire iz Petničke pećine, i potok Pocibrava koji selo deli na dva dela - brdski (južni) i ravniji (severni) deo. Na Pocibravi je 1990. godine izgrađena zaštitna brana namenjena zaštiti od bujica i tako dobijeno malo jezero površine 2 ha. Na obalama jezera su ptice selice i močvarice već formirale svoja staništa, dok su ga brojni valjevski ribolovci proglasili za svoje omiljeno „lovište“.
Petnica je, ipak, najpoznatija po istoimenoj pećini koja se nalazi na 300 m od Istraživačke stanice. U pećini i njenoj neposrednoj okolini pronađena su najstarija svedočanstva o životu ljudi u zapadnoj Srbiji. Istraživanje ovog arheološkog lokaliteta počelo je u prošlom veku kada su prva istraživanja obavili Josif Pančić i Jovan Cvijić. Pored arheološke ona poseduje i veliku speleološku i paleontološku vrednost. Pećina se sastoji od oko 600 m dugih kanala i brojnih odaja. Podeljena je na dva dela - Gornju i Donju pećinu. Donja je znatno manja od Gornje, ali ima prohodniji ulaz. Iz nje izvire ponornica Banja. Gornja pećina je, pak, većih dimenzija i predstavlja splet odaja i kanala. Njena najprostranija odaja (tzv. Koncertna dvorana) ima prirodno osvetljenje koje potiče od dva otvora ("vigledi") na tavanici. Sve ove osobine, kao i pogodni klimatski faktori, pružile su idealne uslove za sigurno sklonište ljudima i život retkim životinjskim i biljnim vrstama. Arheološko-antropološka istraživanja sprovedena 1969. godine potvrdila su da je arheološki lokalitet koji se nalazi ispred ulaza u Petničku pećinu, prvo kompletno neolitsko stanište u Jugoslaviji, staro 6000 godina. Na drugom lokalitetu, u samoj pećini, otkriveno je ognjište, kosti pećinskog medveda, hijene, srndaća, ali i delovi vojničke opreme iz perioda Rimljana (uključujući i kockice za igru), ostaci srednjovekovnih zbegova lokalnog stanovništva i dr. Najčešće iskopine ispred pećine su brojna oružja i ostaci keramičkih posuda kojima su se služili neolitski ljudi. I pored velikog broja artefakata, ovo nalazište još uvek nije potpuno istraženo i stalni je predmet ineteresovanja programa arheologije u Istraživačkoj stanici, ali i stručnjaka iz svih krajeva Jugoslavije i inostranstva. Na mestu Bela stena, na oko 5 km od Petnice su otkriveni uljni škriljci i bogato nalazište fosilnih biljnih i životinjskih ostataka iz ranijih geoloških epoha. Nedavno je, zahvaljujući stručnjacima IS Petnica i uz pomoć rumunskih paleontologa, jedan od fosila identifikovan kao do sada nepoznata i nova vrstapelikana - srpski pelikan (Pellicanus serbica). Zanimljivo je da je geograf Jovan Cvijić još dvadesetih godina prošlog veka predlagao da Univerzitet u Beogradu napravi centar za terensku praksu svojih studenata upravo u Petnici, obrazlažući to izvanrednim prirodnim i istorijskim okruženjem na malom prostoru i dobrom saobraćajnom pozicijom. Cvijić je smatrao da je okolina Petničke pećine idealna za osnivanje ustanove pri tadašnjoj Visokoj školi u kojoj bi se mladi okupljali i bavili naukom.
U naselju Petnica živi 471 punoletni stanovnik, a prosečna starost stanovništva iznosi 37,8 godina (37,6 kod muškaraca i 38,0 kod žena). U naselju ima 192 domaćinstva, a prosečan broj članova po domaćinstvu je 3,20.
Ovo naselje je velikim delom naseljeno Srbima (prema popisu iz 2002. godine), a u poslednja tri popisa, primećen je porast u broju stanovnika.