Доктор физико-математических наук, профессор, специалист в области предельных теорем теории вероятностей и вероятностных неравенств. Заслуженный деятель науки Российской Федерации (1999). Член Международного статистического института и почетный профессор СПбГУ. После окончания математико-механического факультета Ленинградского университета и его аспирантуры с 1955 г. работает на кафедре теории вероятностей и математической статистики, в 1960–1995 гг. — в должности заведующего кафедрой, с 1995 г. — в должности профессора. В 1962 г. защитил докторскую диссертацию в Математическом институте АН СССР в Москве. В 1963–2006 гг. был приглашенным профессором ряда университетов Европы, Северной и Южной Америки, Австралии, где выступал с докладами о собственных работах и читал курсы лекций для студентов и аспирантов. Все 20 его аспирантов стали кандидатами физико-математических наук, а 8 из них впоследствии стали докторами физико-математических наук.
В. В. Петров является автором следующих книг: «Суммы независимых случайных величин» (1972; перевод на английский — 1975), «Предельные теоремы для сумм независимых случайных величин» (1987; перевод на китайский — 1988), «Limit Theorems of Probability Theory» (на английском языке; 1995).