Beim NBA-Draft 2005 wurde Petro an 25. Stelle von den Seattle SuperSonics ausgewählt. Er spielte bis zum 7. Januar 2009 für die Mannschaft, die zur Saison 2008/2009 nach Oklahoma City umzog und sich dann Oklahoma City Thunder nannte. Dann wurde er im Tausch für Chucky Atkins an die Denver Nuggets abgegeben. Im Juli 2010 wurde er von den New Jersey Nets verpflichtet, nachdem sein Vertrag in Denver ausgelaufen war. In der Saison 2012/13 stand er bei den Atlanta Hawks unter Vertrag. Petro bestritt insgesamt 495 NBA-Spiele. Am erfolgreichsten war seine Anfangszeit in Seattle, als er seine Saisonhöchstwerte in der Liga erreichte: 6,2 Punkte (2006/07) und 5,1 Rebounds (2007/08) je Begegnung.