Библиотека в селе Петрокаменское была открыта 3 октября 1909 года на средства мецената и книгоиздателя Ф.Ф. Павленкова. Дата второго официального открытия библиотеки после февральской революции - 22 июня 1917 года.
За свое многолетнее существование библиотека сменила несколько адресов. В 1961 году для нее было построено специальное 2-х этажное здание. В 1977 году началась централизация библиотек Петрокаменского района. Петрокаменская библиотека стала центральной, в настоящее время структура библиотеки насчитывает 26 филиалов.
В ноябре 1999 года библиотеке вручили диплом о присвоении имени Ф.Ф. Павленкова и статуса «Павленковская библиотека». В 2007 году библиотека признана победителем конкурса на лучшую организацию Горноуральского городского округа.
Библиотека ведет большую просветительскую работу, проводятся тематические уроки, информационные часы, литературно-музыкальные композиции, праздники, встречи, конкурсы.