Համլետ Պետրոսյանը ծնվել է 1955 թվականին Լեռնային Ղարաբաղի ինքնավար մարզի Խնածախ գյուղում, ծառայողի ընտանիքում: 1972 թվականին ավարտել է Ստեփանակերտի թիվ 1 միջնակարգ դպրոցը, 1972-1978 թվականներին սովորել է Երևանի պետական համալսարանի պատմության ֆակուլտետում` հնագիտություն մասնագիտացումով: 1978-1981 թվականներին սովորել է ՀԽՍՀ ԳԱ հնագիտության և ազգագրության ինստիտուտի ասպիրանտուրայում` ակադեմիկոս Բաբկեն Առաքելյանի ղեկավարությամբ: 1984 թվականին «Գառնին 9-14-րդ դարերում. պատմա-հնագիտական ուսումնասիրություն» թեմայով պաշտպանել է թեկնածուական ատենախոսություն՝ ստանալով պատմական գիտությունների թեկնածուի աստիճան: 2004 թվականին «Խաչքարերի ծագումը, գործառույթը, իմաստաբանությունը. պատմա-հնագիտական ուսումնասիրություն» թեմայով պաշտպանել է ատենախոսություն` ստանալով պատմական գիտությունների դոկտորի աստիճան: 2012 թվականին ստացել է պրոֆեսորի գիտական կոչում: