Vitaly Petrov

Karier junior

Karier unik dibangun oleh Petrov sejak masih kanak-kanak, karena berbeda dengan pembalap mobil lainnya, Petrov memulai karier ngebutnya bukan dari ajang gokart, melainkan dari ajang Piala Lada Rusia pada tahun 2001. Ia kemudian mendominasi musim 2002 dengan menyapu bersih seluruh seri balapan dan meraih poin sempurna yaitu 500pts.
Musim 2003, Petrov memulai karier di Formula Renault Italia untuk tim Euronova Racing, tetapi ia hanya mampu berada di P19 klasemen akhir. Ia juga menyempatkan diri turun di beberapa balapan di Formula Renault Eurocup, dan ia juga berhasil finish P4 di seri Formula Renault Inggris Musim Dingin dengan prestasi menang salah satu balapan. Ia kemudian turun di Formula 3000 Eropa di Cagliari pada akhir tahun.

Membalap di Rusia

Musim 2004, Vitaly kembali lagi ke Rusia di mana ia turun di musim perdana Russian Lada Revolution Championship. Namun meskipun merajai sesi kualifikasi jelang lomba di mana ia meraih semua posisi pole position di manapun ia turun, Petrov harus puas duduk di P2 klasemen akhir. Ia kemudian turun di beberapa balapan di seri Formula Renault dan F3000 Eropa. Di musim 2005, Petrov kemudian memilih untuk bertahan di Rusia, dan sebagai ganjarannya ia kemudian berhasil memenangi Lada Revolution Championship dengan 10 kemenangan, dan di seri Russian Formula 1600 dengan 5 kemenangan.

Euroseries 3000

Pada tahun 2006, Petrov turun di ajang Euroseries 3000 bersama Euronova Racing. Ia berada di P3 klasemen akhir dengan prestasi 9 podium dalam 18 lomba, dengan hasil terbaik menang di Hungaroring, Mugello, Silverstone, dan Catalunya. Ia juga sempat turun di ajang F3000 Internasional Masters, di sirkuit Brno di mana ia meraih pole position.

GP2

Di pertengahan tahun 2006, Petrov juga turun di ajang GP2 Series untuk tim David Price Racing, di mana ia menggantikan pembalap Prancis Olivier Pla yang terpaksa terdepak akibat dana sponsor yang kurang. Petrov kemudian memulai musim penuhnya di GP2 di musim 2007 bersama tim Campos GP, di mana ia bergabung dengan Giorgio Pantano. Petrov kemudian mencatatkan lima kali finish dengan poin dalam 21 lomba, termasuk kemenangan perdananya di Valencia, di mana di klasemen akhir ia hanya berada di P13.
Musim 2008 dengan masih bergabung bersama Campos, Petrov sempat sekali memenangi lomba di Sepang pada seri GP2 Asia Series, di mana di klasemen akhir ia berada di P3 di belakang Romain Grosjean dan Sébastien Buemi. Sementara pada seri GP2 utama, Petrov hanya mampu berada di P7 klasemen akhir dengan prestasi terbaik satu kemenangan saja di Valencia.
Petrov masih setia bersama Campos untuk 2009, yang kali ini berubah nama menjadi Barwa Addax. Prestasinya meningkat drastis dengan menjadi runner-up di belakang sang juara umum Nico Hülkenberg, dengan catatan bagus saat mendominasi dua balapan di Istanbul Park dan Valencia Street Circuit.

2010–11: Renault F1

Sebelum sah diambil tim Renault, Petrov sempat dihubung-hubungkan dengan Sauber dan Campos Meta Team. Ia kemudian diumumkan menjadi pembalap Renault untuk musim 2010 pada tanggal 31 Januari, dan ia mencatatkan sejarah sebagai pembalap F1 pertama asal Rusia. Rencananya, Petrov akan dikontrak Renault selama satu musim dengan opsi perpanjangan bila prestasinya memuaskan. Mitra Petrov untuk musim 2010 adalah Robert Kubica.
Musim 2010 diawali Petrov dengan kekecewaan saat ia tiga kali gagal finish di seri Bahrain, Australia, dan Malaysia. Petrov kemudian berhasil bangkit dan meraih poin perdananya di China saat finish di P7. Kemudian sesudah itu Petrov kembali gagal menunjukan prestasinya, dan tim Renault dikabarkan mulai tidak puas dengan penampilan Petrov. Eric Boullier, bos tim Renault, kemudian memberikan spekulasi tentang beberapa nama baru yang kemungkinan akan menggantikan Petrov, diantaranya Adrian Sutil, Kimi Raikkonen, dan Nick Heidfeld. Namun Boullier juga menegaskan nama-nama baru tadi sebisa mungkin harus bisa membawa masuk uang ke tim. Petrov kemudian bergerak cepat, dan ia langsung membawa beberapa sponsor baru ke Renault di pertengahan musim. Petrov juga berhasil bangkit dan meraih poin di seri Jerman dengan finish di P10. Di dua seri selanjutnya, Petrov kembali meraih poin dengan finish di P5 (Hungaria) dan P9 (Belgia). Penampilan memukau Petrov kemudian diperlihatkan di Abu Dhabi dengan menahan laju Fernando Alonso dan Mark Webber selama 40 lap, sekaligus memupus harapan dua pembalap papan atas tersebut untuk bersaing memperebutkan gelar juara dunia 2010. Petrov sendiri yang sesudah balapan tampak dimarahi Alonso dan Webber kemudian membela diri dengan mengatakan bahwa ia hanya ingin mempertahankan posisi. Petrov mengakhiri musim 2010 dengan berada di P13 klasemen dengan raihan 27pts.
Untuk musim 2011, Petrov akan tetap membalap di Renault, setelah menandatangani kontrak 2 musim pada 22 Desember 2010  Pada balapan perdana F1 2011 di Australia, Petrov naik podium untuk pertama kalinya setelah finish di P3 di belakang Sebastian Vettel dan Lewis Hamilton. Di balapan selanjutnya di Malaysia Petrov kembali nyaris mendapatkan angka sebelum akhirnya ia terhempas saat mobilnya melindas kerbs. Petrov membayar kesalahannya dengan meraih angka di China dan Turki. Di Monte Carlo Petrov sempat dilarikan ke rumah sakit setelah ia terlibat kecelakaan bersama Adrian Sutil, Lewis Hamilton dan Jaime Alguersuari. Ia saat itu mengalami kaki terkilir dan tidak bisa keluar dari kokpit. Petrov lantas kembali di Kanada dan langsung meraih angka dengan finish di P5. Di Italia, Petrov kembali terlibat kecelakaan di tikungan pertama selepas start bersama Nico Rosberg dan Vitantonio Liuzzi. Kecelakaan yang serupa kemudian terjadi lagi di Korea ketika kali ini Petrov menyeruduk bagian ekor mobil Michael Schumacher yang kemudian berujung pada hukuman turun lima posisi bagi Petrov di India. Usai tampil mengecewakan di India dan Abu Dhabi, Petrov kemudian menyerang balik tim Renault dan menuduh bahwa tim yang ia bela tersebut tidak mampu membuat mobil kompetitif, strategi tim yang jelek dan minim pengembangan sasis. Tidak lama berselang sesudah ia mengucapkan perkataannya tersebut, Petrov meminta maaf kepada tim. Diindikasikan kursi Petrov untuk 2012 bisa terancam jika ia tidak segera memperbaiki hubungannya dengan tim. Bos Renault Eric Boullier kemudian menutup permasalahan ini dengan memaafkan Petrov. Petrov menutup musim 2011 dengan meraih angka tunggal di Brasil saat ia finish di posisi 10.

2012–kini: Caterham

Tanggal 17 Februari 2012, Vitaly Petrov secara mendadak diumumkan menjadi pembalap tim Caterham menggantikan Jarno Trulli.