Mesa Diretora é o órgão de direção da Câmara. A ela cabem as tarefas administrativas e executivas.
Dentre as suas principais funções estão a direção dos trabalhos legislativos e dos serviços administrativos da Câmara, destacando-se os atos de Direção, Administração e Execução das deliberações aprovadas em Plenário.
Em 2022, a Mesa Diretora da Câmara de Petrolina é composta por:
Aerolande Amós da Cruz - Presidente
Manoel Antonio Coelho Neto - 1º Vice-Presidente
Zenildo Nunes da Silva - 3º Vice-Presidente
Rodrigo Teixeira Coelho de A. Araújo - 1º Secretário
Gaturiano Pires da Silva - 3º Secretário
(MDB)