Yelena Petrova alcanzó la fama internacional en 1989 al obtener la medalla de plata en el Campeonato Mundial en la categoría de peso semicompleto. Su trayectoria continuó en los Juegos de la Buena Voluntad de 1990, donde conquistó el oro en la misma categoría.
El momento culminante de su carrera llegó en los Juegos Olímpicos de 1992, marcando la primera vez que las mujeres compitieron en judo olímpico. Petrova se adjudicó la medalla de bronce en la categoría de peso semicompleto.
Posteriormente, Petrova añadió otra medalla de bronce a su palmarés en los Juegos de la Buena Voluntad de 1994. A lo largo de su carrera, entre 1989 y 2000, se coronó como campeona soviética y rusa en 12 ocasiones.
Tras su retiro en el año 2000, Petrova se dedicó a la enseñanza, trabajando como entrenadora de judo.
