Des études de distance génétique publiées en 1998 ont montré que le Pétrel de Bourbon et le Pétrel de Tahiti (Pseudobulweria rostrata) étaient des parents proches tout en formant deux espèces bien distinctes. Par contre, le Pétrel noir de Bourbon et le Pétrel noir (Pterodroma macroptera), bien qu'ils puissent éventuellement être confondus en observation en mer, sont génétiquement nettement plus éloignés.
Le nom scientifique de genre Pseudobulweria signifie « faux Bulweria », Bulweria étant un autre genre de pétrels, nommé ainsi en l'honneur du révérend et naturaliste James Bulwer (1794–1879).
Le Pétrel noir de Bourbon apparaît mentionné pour la première fois en 1856 dans une communication de Charles Lucien Bonaparte (1803-1857) à l'Académie des Sciences. C'est à partir de deux spécimens de musées collectés au début du XIXe siècle que Bonaparte répertorie cette espèce dont la première description formelle spécifique a alors été publiée en 1857.
Entre 1890 et 1970, aucune observation de l'espèce n'ayant été rapportée, celle-ci était alors considérée comme éteinte. Puis trois spécimens furent capturés entre 1970 et 1995. Les campagnes menées ensuite par la société d'études ornithologiques de La Réunion pour sauver les diverses espèces d'oiseaux marins nichant sur l'île perdus et tombés à terre à cause des éclairages nocturnes permirent d'en observer plus régulièrement. Une dizaine de Pétrels de Bourbon furent ainsi recueillis et relâchés entre 1996 et 2003.
Les effectifs réels du Pétrel noir de Bourbon ne sont pas précisément connus et sont probablement très faibles. La population totale, calculée par extrapolation des observations faites en mer est estimée à 250 couples, mais la marge d'incertitude est très grande (de 45 à 400) et les ornithologues, compte tenu de la rareté des signes de présence à terre, se montrent en général pessimistes ne comptant au mieux que sur quelques dizaines de couples. L'espèce est classée en danger critique d'extinction par l'UICN.
Outre la protection par arrêté de biotope de son habitat terrestre, le Pétrel de Bourbon bénéficie d'une protection légale intégrale par arrêté ministériel du 17 février 1989.