V. Petrovas profesionalo karjerą pradėjo 1965 matais Maskvos komandoje „Krylja Sovetov“. 1967-ais jis perėjo į CSKA klubą, kuriam atstovavo iki 1981 metų. V. Petrovas 11-ą kartų tapo Sovietų čempionato nugalėtoju.
Baigęs sportininko karjerą buvo ledo ritulio funkcionierius CSKA ir to meto Leningrado (dabar Sankt Peterburgas) SKA ekipose. Nuo 2013 metų buvo Rusijos jaunųjų ledo ritulininkų klubo „Auksinis ritulys“ (rus. „Zolotaja šajba“) prezidentas.
V. Petrovas žaidė viename puolimo trejete su Borisu Michailovu ir Valerijumi Charlamovu. Ši trijulė buvo laikoma viena pajėgiausių pasaulyje. V. Charlamovas 1981 metais žuvo automobilio katastrofoje.
V. Petrovas yra tapęs Saporo (1972 metais, Japonija) ir Insbruko (1976, Austrija) olimpinių žaidynių čempionu. 1980 metais Leik Plesido (JAV) olimpiadoje jis iškovojo sidabrą.