Petter Northug vokste opp i Framverran i Mosvik med foreldrene John Northug og May Fredly Northug. Han er storebror til langrennsløper Tomas Northug og Even Northug. I 2002 flyttet han til Steinkjer for å gå på skigymnas. Der gikk han for Henning Skilag og hadde Audun Kolstad som trener. I Junior-VM 2004 i Stryn kom han på sjetteplass på sprint fristil. I 2005 flyttet han til Meråker der han trente sammen med Frode Estil og Stig Rune Kveen.