Петрозаводск развивает побратимские отношения с городами других стран, в первую очередь – стран Северной Европы, с 1960-х годов. Первым городом-побратимом Петрозаводска стал финский Варкаус уже в 1965 году. За ним последовали Ла-Рошель – французский город стал побратимом Петрозаводска в 1973 году, и шведский город Умео, договор о дружественных связях с которым был подписан в 1973 году.

Нойбранденбург  –  первый город Германии, «побратавшийся» с карельской столицей; произошло это в 1986 году. А уже в следующем году Петрозаводск обрел «брата» на другом континенте – в Соединенных Штатах Америки: им оказался Дулут, главный город штата Миннесота. В 1980-1990-е годы целый ряд городов мира присоединились к «братству Петрозаводска»: немецкий Тюбинген и норвежский Мо-и-Рана, Йоэнсуу из соседней Финляндии, литовский Алитус и армянский Эчмиадзин, а также Брест и Николаев – из Белоруссии и Украины соответственно. Есть у Петрозаводска побратимы в Италии – это Портомаджоре и даже в Японии – город Охара.

Сотрудничество между городами-побратимами налажено сегодня в различных направлениях – экономика, образование, культура, спорт. О побратимах в Петрозаводске напоминают названия его улиц и набережных, аллея с памятным знаком недалеко от площади Кирова, скульптуры на набережной, а также фотогалерея с видами некоторых из этих городов на проспекте Ленина, напротив здания Правительства Республики Карелия.