Василий Петренко родился в Ленинграде в 1976 году. Окончил Хоровое училище имени М. И. Глинки и Санкт-Петербургскую государственную консерваторию имени Н. А. Римского-Корсакова. Участвовал в мастер-классах Юрия Темирканова, Мариса Янсонса, Ильи Мусина и Эсы-Пекки Салонена. В 1994–1997 и 2001–2004 гг. был дирижером Театра оперы и балета имени М. П. Мусоргского (Михайловский театр), в 1997–2001 гг. – театра «Зазеркалье».
Лауреат Международного конкурса хоровых дирижеров имени Д. Д. Шостаковича в Санкт-Петербурге (1997, I премия), IV Международного конкурса дирижеров имени С. С. Прокофьева в Санкт-Петербурге (2003, II премия) и VI Международного конкурса дирижеров в Кадакесе, Испания (2002, Гран-при).
Главный дирижер Санкт-Петербургского государственного симфонического оркестра (2004–2007), Национального молодежного оркестра Великобритании (2009–2013), Филармонического оркестра Осло (2013–2020), Королевского филармонического оркестра Ливерпуля (2006–2021, с 2021 года – дирижер-лауреат), художественный руководитель Госоркестра России имени Е. Ф. Светланова (2021–2022). В настоящее время – главный дирижер Молодежного оркестра Евросоюза (с 2015 года) и Королевского филармонического оркестра в Лондоне (с 2021 года).
Василий Петренко дирижировал многими ведущими оркестрами России, стран Европы, Японии, Австралии, США. Участвовал в крупнейших фестивалях в Эдинбурге, Графенегге, Лондоне (BBC Proms), Аспене, Кливленде (Blossom Music Festival), Чикаго (Ravinia) и др.
С 2004 года дирижер сотрудничает также с европейскими оперными театрами: Гамбургской оперой («Пиковая дама» Чайковского), нидерландской Reisopera(«Виллисы» Пуччини, «Двое Фоскари» Верди, «Борис Годунов» Мусоргского), Парижской оперой («Евгений Онегин» Чайковского), Оперой Цюриха («Кармен» Бизе, «Леди Макбет Мценского уезда» Шостаковича), Баварской государственной оперой («Борис Годунов» Мусоргского) и другими. В 2010 году дебютировал на Глайндборнском оперном фестивале («Макбет» Верди). В Михайловском театре (в 2011–2015 гг. – главный приглашенный дирижер) поставил оперы «Богема» Пуччини, «Летучий голландец» Вагнера, «Кармен» и «Евгений Онегин». С английскими оркестрами осуществил исполнения опер «Тоска» Пуччини, «Парсифаль» и «Летучий голландец» Вагнера, «Фальстаф» Верди.В репертуаре дирижера – свыше 30 опер.
Постоянно расширяется дискография дирижера. Среди его записей с Королевским филармоническим оркестром Ливерпуля – двойной альбом с редко звучащими операми «Скрипка Ротшильда» Флейшмана и «Игроки» Шостаковича; симфонические произведения Рахманинова (за Вторую и Третью симфонии маэстро был удостоен немецкой премии ECHO Klassik в 2012 году) и все его фортепианные концерты (солист Симон Трпчески); концерты и все симфонии Чайковского (запись симфонии «Манфред» удостоена Gramophone Award в 2009 году); оперетта «Муж за дверью» Оффенбаха; Скрипичный концерт Дженнифер Хигдон (солистка Хилари Хан) и Реквием Джона Тавенера. Осенью 2015 года на Naxos вышло полное собрание симфоний Шостаковича, снискавшее международное признание. В 2017 году их дополнили записи фортепианных концертов композитора (солист Борис Гильтбург).
С Филармоническим оркестром Осло Петренко записал виолончельные концерты Шостаковича для Ondine (солист – Трульс Мёрк), Скрипичный концерт Шимановского для Orfeo (солистка – Байба Скриде); в 2015 году дирижер и оркестр приступили к записи всех симфоний Скрябина и симфонических поэм Рихарда Штрауса. Осенью 2016 года на Lawo Classics вышел альбом с записью музыки балета «Ромео и Джульетта» Прокофьева. Релизы 2017–2019 гг. включают произведения Элгара, Стравинского, Римского-Корсакова, Респиги, Бриттена, записанные с Королевским филармоническим оркестром Ливерпуля, и сочинения Скрябина (Первая симфония, «Прометей») с Филармоническим оркестром Осло.
В 2020–2021 гг. вышли новые диски с записями сочинений Р. Штрауса («Альпийская симфония» и поэма «Смерть и просветление») и Римского-Корсакова («Испанское каприччио», «Светлый праздник» и «Шехеразада»), а также симфоний Прокофьева (№№ 5, 6) и Мясковского (№№ 21, 27) с Филармоническим оркестром Осло.
.В 2007 году Василий Петренко получил награду журнала Gramophoneкак «Лучший молодой артист года», в 2017-м ему вновь вручили эту премию – в категории «Артист года». В 2010 году был назван «Артистом года» на церемонии вручения премии Classical Brit Awards. Василий Петренко стал вторым в истории человеком, которому присудили почетную докторскую степень сразу два ливерпульских вуза – Ливерпульский университет и Ливерпульский университет Хоуп. Музыкант удостоен также звания Почетного члена Университета Джона Мура и звания «Почетный гражданин Ливерпуля».
В сезоне 2021/22, помимо концертов с Госоркестром России имени Е. Ф. Светланова и Королевским филармоническим оркестром в Лондоне, запланировано множество выступлений Василия Петренко с ведущими оркестрами мира, среди которых Симфонический оркестр Датского радио, Филармонический оркестр Нидерландского радио, Симфонический оркестр Монреаля, Симфонический оркестр Новой Зеландии, Филармонический оркестр Гонконга, оркестр японской вещательной корпорации NHK, Национальный оркестр Франции, Филармонический оркестр Дрездена, Израильский филармонический оркестр.
