Petty har blitt hedret med 18 Grammy Award-nominasjoner siden 1982. Det året fikk han sin første nominasjon for «Stop Draggin' My Heart Around» i kategorien «Beste rockeframførelse av duo eller gruppe med vokal». Som medlem av Traveling Wilburys fikk han en tilsvarende Grammy i 1989for . I 1995 fikk han ytterligere en Grammy for «Beste mannlige rockevokal» for sangen «You Don't Know How It Feels».