Vitaly Petrov est né à Vyborg, ville située sur l'isthme de Carélie, le 8 septembre 1984.
C'est à l'âge de 17 ans, en 2001, qu'il fait ses premiers pas en courses automobile, en Coupe Lada. Il remporte ce championnat en 2002 en réalisant l'exploit de gagner toutes les courses de la saison. Il dispute et gagne aussi deux courses de Formula RUS.
Repéré par Renault, le jeune pilote russe passe véritablement à la monoplace en 2003. Il dispute le championnat italien de Formule Renault pour l'équipe Euronova, mais ne brille guère, puisqu'il finit seulement dix-neuvième au classement final. Il court aussi quelques manches d'Eurocup Formule Renault 2.0, ainsi que la saison hivernale du championnat britannique. Il obtient quelques résultats dans cette dernière catégorie, puisqu'il gagne une course et finit quatrième au général. Enfin, toujours en 2003, il est au départ d'une manche d'Euro F3000 à Pergusa.
En 2004, Petrov se reconcentre sur la Russie et s'engage dans le championnat Lada Révolution. Il signe la pole à chaque course, mais ne finit que second au général. Il effectue également quelques courtes apparitions en Formule Renault et en Euro F3000, sans succès.
En revanche, 2005 est une brillante année pour Vitaly. Il écrase la Lada Révolution avec dix victoires et remporte facilement le titre. De plus, il triomphe dans le championnat russe de Formule 1600 avec cinq succès.
Pour 2006, Petrov s'engage à temps plein en Europe, de nouveau en Euro F3000. Réengagé par Euronova, il réalise une brillante saison avec quatre victoires, à Budapest, au Mugello, à Silverstone et à Barcelone, ce qui lui permet de finir troisième au classement final. Il fait aussi une apparition remarquée lors d'une manche disputée à Brno des Masters internationaux d'Euro F3000, dans laquelle il signe la pole avant d'abandonner.
Mais surtout, le pilote russe fait ses débuts en GP2, l'antichambre de la Formule 1. Il court en effet les dernières courses de la saison pour David Price Racing. Il parvient à terminer sept manches sur huit disputées, mais ne fait pas mieux que dixième, et n'inscrit donc aucun point.
En 2007, Petrov est complètement engagé en GP2, au sein de l'équipe Campos. Il est dominé toute l'année par son équipier Giorgio Pantano et ne rentre que rarement dans les points. Il sauve sa saison in extremis en remportant la victoire lors de l'avant-dernière manche à Valence. Il finit treizième au général, avec seulement 21 points contre 59 pour Pantano.
Lors de l'intersaison 2007-2008, il montre cependant de belles choses en GP2 Asia. Il est troisième de ce championnat d'hiver, avec un succès à Sepang. Pour la saison 2008, Vitaly rempile avec Campos. Il réalise de bien meilleures performances et rentre plus régulièrement dans les points. En août, sur le circuit urbain de Valence, il décroche son deuxième succès en GP2. Il termine cette fois septième, mais son équipier Luca di Grassi, pourtant arrivé en cours d'année chez Campos, finit quant à lui troisième. Ainsi, même s'il paraît en progrès constants, la réputation de Petrov n'est que celle d'un bon second couteau.
Il concourt à nouveau en GP2 Asia lors de l'hiver 2008-2009, toujours avec Campos, et ne décroche à nouveau qu'une victoire, encore à Sepang. Pour la saison régulière, il signe chez une autre équipe espagnole, Barwa Addax. Son début d'année est excellent. Il est deuxième à Barcelone, à Monaco, puis vainqueur en Turquie. Il apparaît alors comme un sérieux prétendant au titre contre ses rivaux Romain Grosjean et Nico Hülkenberg. Mais il connaît vers l'été un court passage à vide qui lui fait perdre pied par rapport à Hülkenberg. Ainsi, malgré une victoire à Valence et de bons classements en fin de saison, il doit se contenter du statut de vice-champion. Ce résultat est toutefois est excellent pour Petrov, qui pour la première fois semble capable de pouvoir prétendre à un volant en Formule 1.
Effectivement, au cours de l'intersaison 2009-2010, Petrov est contacté pour obtenir une place dans son ancienne équipe Campos, qui prépare son entrée en F1. Mais une bien meilleure opportunité va s'offrir à lui. Renault vient en effet de céder une partie de son écurie officielle à la société Gravity. Celle-ci cherche un pilote payant à mettre dans le baquet de la seconde Renault. Grâce à ses soutiens financiers, Petrov fait figure de candidat idéal. Son père Alexander Petrovic obtient un crédit de 15 millions d'euros à verser en deux fois, en mars et en juillet, en échange d'un contrat pour son fils. L'accord est conclu et Petrov est titularisé fin janvier par Renault, aux côtés de Robert Kubica. Il devient ainsi le premier pilote russe de l'histoire de la F1.
Toutefois, en février, se produit une alerte lorsque court une rumeur selon laquelle Petrov n'aurait en fait pu obtenir l'argent nécessaire à la conservation de son volant. Un démenti est apporté, mais il lui faut trouver des sponsors afin de pouvoir disputer la saison 2010 dans sa totalité.
Tony