Petronilla (lateinisch für „die Kleine aus dem Geschlecht der Petronier“; im LCI Petrolina von Rom) war eine frühchristliche Jungfrau und Märtyrin.

Die heilige Petronilla erlitt das Martyrium im zweiten oder dritten Jahrhundert. Geschichtlich gesicherte Erkenntnisse über sie sind nicht überliefert. Die Legende (unter anderem die Petrusakten) machte sie zur Tochter des Apostels Petrus. Ihr Grab in den Domitilla-Katakomben neben dem Grab von Nereus und Achilleus wurde schon im 4. Jahrhundert verehrt. Papst Paul I. übertrug den Sarkophag mit den Reliquien der hl. Petronilla im 8. Jahrhundert in das Mausoleum am Petersdom.