Ο πληθυσμός του Πεθελινού ανέρχεται σε 596 κατοίκους.

Πρόκειται για ένα οικισμό, που εξελίχθηκε στην περιοχή σε διάφορες θέσεις. Τα αρχαιολογικά ευρήματα που βρέθηκαν στην περιοχή μαρτυρούν ότι ο οικισμός ιδρύθηκε κατά τους κλασσικούς χρόνους και συνέχισε να υφίσταται στην ελληνιστική, τη ρωμαϊκή και τη βυζαντινή εποχή. O σημερινός οικισμός ιδρύθηκε στις αρχές της τουρκοκρατίας.

Το 18ο και 19ο αιώνα ο Πεθελινός (το Πισιλινό) που ανήκε διοικητικά στην επαρχία Ζίχνης, εκκλησιαστικά υπαγόταν αρχικά στην επαρχία Καβάλας και κατόπιν στην Μητρόπολη Ξάνθης. Τα έτη 1875-76 σε απογραφή του Μητροπολίτη Καλλίνικου Β΄ Ευτυχίδη φαίνεται να έχει 172 κατοίκους.

Στο Μακεδονικό Αγώνα ο Πεθελινός είχε συμμετοχή και έδωσε στην πατρίδα τον Μακεδονομάχο Θεόδωρο Καραθεοδώρου.

Ο Πεθελινός το 1920 ανήκε στο Γάζωρο και είχε 146 κατοίκους. Το 1875 είχε σχολείο με 5 μαθητές και το 1905 με 14 μαθητές και ένα δάσκαλο. Το 1916 κάηκε το σχολείο και ξαναχτίστηκε το 1919. Το 1928 λόγω της εγκατάστασης του εργοταξίου ΜΟΝΚΣ- ΓΙΟΥΛΕΝ για την αποξήρανση της λίμνης του Αχινού ο αριθμός των μαθητών ανέβηκε στους 180-200.

Στα Ν.Α. του χωριού το 1933 ήρθαν και εγκαταστάθηκαν 19 οικογένειες από την Μικρά Ασία. Το 1933 οι κάτοικοι ήταν Μακεδόνες, Μικρασιάτες, Θρακιώτες, Πόντιοι και Σαρακατσάνοι. Το 1995 ιδρύθηκε ο Πολιτιστικός Σύλλογος της κοινότητας που δημιούργησε χορευτικά συγκροτήματα και ανέπτυξε πολιτιστικές εκδηλώσεις που ζωντάνεψαν το χωριό. Στον Πεθελινό δραστηριοποιείται η ποδοσφαιρική ομάδα «Στρυμόνας» Πεθελινού.