Родился в городе Павловске, ныне муниципальное образование в составе Пушкинского района  Санкт-Петербурга.

Окончил Шосткинский химико-технологический техникум (1932).

С 1932 года работал на экспериментальном заводе №1 Наркомата среднего машиностроения СССР (Ленинград): заместитель начальника, начальник цеха, начальник конструкторского бюро, главный инженер завода. Участвовал в создании образцов новой военной и производственной техники.

В годы Великой Отечественной войны продолжал трудиться в блокадном Ленинграде, обеспечивая выпуск продукции для фронта. В 1942 году был эвакуирован в Горький и распределён в Саров на завод № 550 Наркомата боеприпасов СССР. Завод выпускал корпуса снарядов для гвардейских минометов "Катюша": старший технолог, главный технолог, главный инженер.

С развёртыванием в СССР широкомасштабных работ по созданию отечественного атомного оружия, Саров был избран одним из ведущих центров его разработки. В городе было образовано Конструкторское бюро № 11 (КБ-11), сам город переименован в Арзамас-75 (затем Арзамас-16). При КБ-11 был создан завод № 1, главным инженером которого был назначен Петров. На этом заводе он организовал и выполнял важнейшие работы по разработке новых технологических процессов производства ядерных зарядов.

В 1956 году возглавил вновь созданное Специальное отделение КБ-11 по разработке новых материалов и прогрессивных технологических процессов при разработке ядерных зарядов.

С 1960 года - первый заместитель директора - главный инженер КБ-11 (с 1967 года - Всесоюзный научно-исследовательский институт экспериментальной физики, ВНИИЭФ). На этой должности стал одним из ведущих специалистов-технологов в области создания советского атомного вооружения. Все поколения советских атомных боеприпасов были освоены в производстве под его руководством. Петров разработал ряд уникальных технологий многослойной штамповки, плазменной резки, высокоточных сварочных работ.

Звание Героя Социалистического Труда присвоено 7 марта 1962 года.

В 1979 году по состоянию здоровья освобождён от должности, не пожелав быть пенсионером, стал инициатором создания Лаборатории исторических исследований ВНИИЭФ и был её первым руководителем до последних дней жизни. Автор серии книг по истории создания советского атомного вооружения и атомного центра в Арзамасе-16 (издавались "для специального пользования", в открытой печати некоторые из них публиковались только после 1990-х годов).

Лауреат Ленинской премии (1961).

Лауреат Сталинской премии (1953).

Почётный гражданин города Арзамас-16 (01.10.1979).

Жил в Арзамас-16, похоронен на городском кладбище.

Награды: ордена Ленина (29.10.1949, 11.09.1956, 07.03.1962); Октябрьской Революции (26.04.1971); Трудового Красного Знамени (29.12.1960); "Знак Почёта" (16.09.1945).

Память: на здании ВНИИ экспериментальной физики (Саров, проспект Мира, 37) установлена памятная доска (2011).