Η Πετρούλα Ντελεδήμου γεννήθηκε στις 14 Απριλίου του 1978 και μεγάλωσε στο Βόλο.
Τον Απρίλιο του 2009, εξελέγη η πρώτη γυναίκα και πρώτη Ελληνίδα Πρόεδρος της Ευρωπαϊκής Σοσιαλιστικής Νεολαίας (ECOSY).
Με την ιδιότητά της αυτή, συμμετέχει στο Προεδρείο του Ευρωπαϊκού Σοσιαλιστικού Κόμματος, στις Συνόδους των Σοσιαλιστών Ηγετών της Ευρώπης, αλλά και στο Προεδρείο της Νεολαίας της Σοσιαλιστικής Διεθνούς. Επίσης, είναι μέλος του Διοικητικού Συμβουλίου του Ευρωπαϊκού Ιδρύματος Προοδευτικών Μελετών (FEPS).
Συνεργάζεται στενά με τον Πρόεδρο του ΠΑΣΟΚ και της Σοσιαλιστικής Διεθνούς Γ.Παπανδρέου για τα θέματα που απασχολούν τους νέους διεθνώς, και τον έχει συνοδεύσει σε πολλές αποστολές σε όλο τον κόσμο.
Από το 2005 έως το 2009 διετέλεσε Αντιπρόεδρος της Ευρωπαϊκής Σοσιαλιστικής Νεολαίας, υπεύθυνη για την Οικονομική και Κοινωνική Πολιτική της Ευρωπαϊκής Ένωσης, εκπροσωπώντας τους Ευρωπαίους Νέους Σοσιαλιστές σε όλα τα Συμβούλια Σοσιαλιστών Υπουργών Οικονομίας, Εργασίας και Κοινωνικών Υποθέσεων. Την τελευταία πενταετία έχει συμμετάσχει σε όλα τα Συμβούλια και τα Συνέδρια του Ευρωπαϊκού Σοσιαλιστικού Κόμματος και της Σοσιαλιστικής Διεθνούς, στο Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Φόρουμ, στο Παγκόσμιο Προοδευτικό Φόρουμ καθώς και σε αποστολές στη Μέση Ανατολή, στην Αφρική, στην Κίνα και στη Λατινική Αμερική.
Από το 2005, η Πετρούλα Ντελεδήμου είναι μέλος του Εθνικού Συμβουλίου του ΠΑΣΟΚ, στο οποίο επανεξελέγη στο Συνέδριο του 2008.
Στις ευρωεκλογές του Ιουνίου του 2009, ο Πρόεδρος του Κινήματος την τίμησε επιλέγοντάς την να είναι υποψήφια με το ΠΑΣΟΚ στην 11η θέση του ευρωψηφοδελτίου.
Στις εθνικές εκλογές του 2007, εξελέγη πρώτη επιλαχούσα Βουλευτής του ΠΑΣΟΚ στη Μαγνησία.
Ασχολείται ενεργά με την πολιτική ήδη από το 1996, οπότε και εντάχθηκε στην ΠΑΣΠ και στη Νεολαία ΠΑΣΟΚ. Δραστηριοποιήθηκε στο φοιτητικό κίνημα έως το 2000, ως μέλος του Δ.Σ. του Συλλόγου Φοιτητών Νομικής. Το 2001 εξελέγη Γραμματέας της Νομαρχιακής Επιτροπής της Νεολαίας ΠΑΣΟΚ Μαγνησίας, ενώ παράλληλα συμμετείχε στο Δημοτικό Συμβούλιο Νεολαίας του Βόλου.
Από το 2002 έως το 2005 ήταν μέλος του Κεντρικού Συμβουλίου της Νεολαίας ΠΑΣΟΚ. Από το 2005 έως το Μάρτιο του 2007 ήταν συντονίστρια της ομάδας εργασίας για το Διεθνές και Ευρωπαϊκό Περιβάλλον στην Επιτροπή Έμπνευσης και Διαλόγου για τη Νέα Γενιά που συγκρότησε ο Πρόεδρος του ΠΑΣΟΚ Γιώργος Παπανδρέου.
Η Πετρούλα Ντελεδήμου αποφοίτησε από το Κλασικό Λύκειο Βόλου το 1996. Είναι πτυχιούχος της Νομικής Σχολής του Πανεπιστημίου Αθηνών και του Εργαστηρίου Επαγγελματικής Δημοσιογραφίας. Επίσης πραγματοποίησε μεταπτυχιακές σπουδές στο Τμήμα Επικοινωνίας και Μέσων Μαζικής Ενημέρωσης του Πανεπιστημίου Αθηνών (Μεταπτυχιακό Δίπλωμα στην κατεύθυνση «Πολιτική Επικοινωνία και Νέες Τεχνολογίες»).
Μιλά άπταιστα αγγλικά, γαλλικά, γερμανικά και ισπανικά.
Εργάζεται από 22 ετών. Την περίοδο 2000-2003 ήταν κοινοβουλευτική συνεργάτης, ενώ από το 2003 εργάζεται στο Πανεπιστήμιο Αθηνών.
Είναι κόρη του Τριαντάφυλλου Ντελεδήμου και της Ελένης Νικέζη. Ο αδελφός της Δημήτρης είναι πολιτικός μηχανικός.