최초의 러시아 출신의 F1 드라이버. 2010년에 르노를 통해서 데뷔했다.

개막전인 바레인GP에서 리타이어로 시즌을 시작했다. 이후 호주에서 또 리타이어, 그 다음 경기였던 말레이시아에서 다시 한번 리타이어하면서 3연속으로 리타이어를 기록했다.그러다가 중국에서 7위로 완주하며 드디어 첫 포인트를 얻었다. 하지만 이어지는 6경기에서 전부노포인트를 기록했다.그러다 독일에서 10위로 1점을 얻었고, 헝가리에서는 예선 부터 7위라는 최고 성적을 기록해 냈고,그 결과,본인의 최고 기록인 5위를 해내고 시즌 브레이크를 맞이하게 된다.
약 1개월 가량을 쉬고 돌아온 벨기에GP에서는 예선에서 23위라는 심각한 순위였고,팬들은 걱정했으나 폭풍 추월로 9위를 달성해낸다.,이탈리아 에서 브라질 까지는 노포인트....아 망했어요...심지어 한국GP과 일본GP에서는 리타이어 까지도 했다.

그리고...대망의 아부다비GP.

페트로프가 챔피언십의 킹메이커가 될 줄은 아무도 예상하지 못했지만 아부다비에서 페르난도 알론소를 무려 40랩 이상(!) 막아냈고, 알론소는 7위로 들어왔기 때문에 챔피언은 우승한 제바스티안 페텔이 하게 되었다.

이 때문에 페트로프는 알론소 팬들한테 여러 비난을 들어야 했으며, 이 때 부터 '페작가'라는 별명이 생겨난다.[1]

2011년 부터는 르노라는 팀이 '로터스'라는 이름으로 바꾸었고,팀 구성은 로버트 쿠비차와 비탈리 페트로프 였으나,쿠비차가 그만.....랠리에 가서 사고를 당하게 된다.
결국,닉 하이트펠트를 불러왔고,팬들은 시즌을 불안하게 출발하는게 아닐까 라는 생각을 했었다.
개막전인 호주 GP, 3위로 깜짝 포디움에 오르게 된다.

그리고 다음 경기에서는 리타이어를 했지만 팀메이트였던 닉 하이트펠트가 3위를 해내 발전하는 팀이 아닐까 예상을 했으나...

결국 인상적인 모습을 보여주지 못한 채 시즌을 마무리했고, 로터스 팀을 떠나게 된다.

페트로프는 2012년 2월까지 시트가 정해지지 않았고, 혹시 이번 시즌엔 불참하는 것이 아닌가 예상하고 있었는데 케이터햄 팀에서 야노 트룰리를 빼고 페트로프를 데려왔다.
그러나, 이전까지 케이터햄 팀이 그래왔던 것처럼 페트로프는 시즌 내내 노포인트를 기록했고,반전은 없을 거라 예상했으나.
브라질에서 11위를 하게 된다! 케이터햄으로썬 처음으로 포인트권 다음의 최고성적인 11위를 해냈고, 페트로프도 내년 시즌에도 참가 할 수 있을거라고 예상했었지만 2013년은 뛰지 못하게 되었다.

WEC에 출전 중. 전직 F1 드라이버인 파스토르 말도나도 등이 있는 LMP에서 뛰고 있다.
그런데 SMP레이싱이 2019-20시즌부터 참가를 하지 않겠다고 선언해버렸다. 다시 WEC에서 볼 수 있을지도 미지수...

상술한 신들린 디펜스 때문에 페작가라는 별명이 있는데 재밌게도 세르게이 시로트킨이 2018년 싱가포르에서 페레즈를, 다닐 크비얏이 2019년 호주에서 가슬리를 상대로 쌈박한 디펜스를 보여줘 3인의 러시아인 드라이버 모두 작가 기질을 드러냈다.