Petty kjørte sitt første race 34 år gammel, da NASCAR avholdt sitt første race. Han startet sitt eget team, Petty Enterprises, som senere ble drevet av sønnen Richard med store fremganger. Lee tok selv tre titler, noe ikke mange har klart. Hans titler kom i 1954, 1958 og 1959. Sistnevnte år var Petty den første som vant Daytona 500 (Daytona International Speedway) etter å ha beseiret Johnny Beauchamp i en så tett duell at det tok NASCAR to dager å granske målfotoet. Han kjørte sitt siste race i 1964 i Watkins Glen International.