Ðîäèëñÿ â Ëåíèíãðàäå. Îêîí÷èë Õîðîâîå ó÷èëèùå èì.Ì.È.Ãëèíêè è Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêóþ ãîñóäàðñòâåííóþ êîíñåðâàòîðèþ èì.Í.À.Ðèìñêîãî-Êîðñàêîâà. Ó÷àñòâîâàë â ìàñòåð-êëàññàõ Þ.Òåìèðêàíîâà, Ì.ßíñîíñà, È.Ìóñèíà è Ý.-Ï.Ñàëîíåíà.  1994–1997 è 2001–2004 ãã. áûë äèðèæåðîì Òåàòðà îïåðû è áàëåòà èì.Ì.Ï.Ìóñîðãñêîãî (Ìèõàéëîâñêèé òåàòð), â 1997–2001 ãã. – òåàòðà «Çàçåðêàëüå».

Ëàóðåàò Ìåæäóíàðîäíîãî êîíêóðñà õîðîâûõ äèðèæåðîâ èìåíè Ä.Ä.Øîñòàêîâè÷à â Ñàíêò-Ïåòåðáóðãå (1997, I ïðåìèÿ), IV Ìåæäóíàðîäíîãî êîíêóðñà äèðèæåðîâ èì.Ñ.Ñ.Ïðîêîôüåâà â Ñàíêò-Ïåòåðáóðãå (2003, II ïðåìèÿ) è VI Ìåæäóíàðîäíîãî êîíêóðñà äèðèæåðîâ â Êàäàêåñå (Ãðàí-ïðè, 2002, Èñïàíèÿ).

 2004–2007 ãã. – ãëàâíûé äèðèæåð Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî ñèìôîíè÷åñêîãî îðêåñòðà, â 2009–2013 ãã. – ãëàâíûé äèðèæåð Íàöèîíàëüíîãî ìîëîäåæíîãî îðêåñòðà Âåëèêîáðèòàíèè, â 2013–2020 ãã. – ãëàâíûé äèðèæåð Ôèëàðìîíè÷åñêîãî îðêåñòðà Îñëî, â 2006–2021 ãã. – ãëàâíûé äèðèæåð Êîðîëåâñêîãî ôèëàðìîíè÷åñêîãî îðêåñòðà Ëèâåðïóëÿ. Ñ 2015 ãîäà – ãëàâíûé äèðèæåð Ìîëîäåæíîãî îðêåñòðà Åâðîñîþçà. Ñ 2021 ãîäà – ãëàâíûé äèðèæ¸ð Êîðîëåâñêîãî ôèëàðìîíè÷åñêîãî îðêåñòðà â Ëîíäîíå è õóäîæåñòâåííûé ðóêîâîäèòåëü Ãîñîðêåñòðà Ðîññèè èìåíè Å.Ô.Ñâåòëàíîâà â Ìîñêâå.

Âàñèëèé Ïåòðåíêî äèðèæèðîâàë ìíîãèìè âåäóùèìè îðêåñòðàìè Ðîññèè, ñòðàí Åâðîïû, ßïîíèè, Àâñòðàëèè, ÑØÀ. Ó÷àñòâîâàë â ïðåñòèæíûõ ôåñòèâàëÿõ â Ýäèíáóðãå, Ãðàôåíåããå, Ëîíäîíå (BBC Proms), Àñïåíå, Êëèâëåíäå (Blossom Music Festival), ×èêàãî (Ravinia) è äð.

Ñ 2004 ãîäà äèðèæåð ñîòðóäíè÷àåò òàêæå ñ òàêèìè îïåðíûìè òåàòðàìè, êàê Ãàìáóðãñêàÿ îïåðà («Ïèêîâàÿ äàìà» ×àéêîâñêîãî), íèäåðëàíäñêàÿ Reisopera («Âèëëèñû» Ïó÷÷èíè, «Äâîå Ôîñêàðè» Âåðäè, «Áîðèñ Ãîäóíîâ» Ìóñîðãñêîãî), Ïàðèæñêàÿ îïåðà («Åâãåíèé Îíåãèí» ×àéêîâñêîãî), Îïåðà Öþðèõà («Êàðìåí» Áèçå, «Ëåäè Ìàêáåò Ìöåíñêîãî óåçäà» Øîñòàêîâè÷à), Áàâàðñêàÿ ãîñóäàðñòâåííàÿ îïåðà («Áîðèñ Ãîäóíîâ» Ìóñîðãñêîãî), Ìåòðîïîëèòåí-îïåðà («Ïèêîâàÿ äàìà» ×àéêîâñêîãî) è äðóãèìè.  2010 ãîäó äåáþòèðîâàë íà Ãëàéíäáîðíñêîì îïåðíîì ôåñòèâàëå («Ìàêáåò» Âåðäè).  Ìèõàéëîâñêîì òåàòðå (â 2011–2015 ãã. – ãëàâíûé ïðèãëàøåííûé äèðèæåð) ïîñòàâèë îïåðû «Áîãåìà» Ïó÷÷èíè, «Ëåòó÷èé ãîëëàíäåö» Âàãíåðà, «Êàðìåí» è «Åâãåíèé Îíåãèí». Ñ àíãëèéñêèìè îðêåñòðàìè îñóùåñòâèë èñïîëíåíèÿ îïåð «Òîñêà» Ïó÷÷èíè, «Ïàðñèôàëü» è «Ëåòó÷èé ãîëëàíäåö» Âàãíåðà, «Ôàëüñòàô» Âåðäè.  ðåïåðòóàðå äèðèæåðà – ñâûøå 30 îïåð.

Ïîñòîÿííî ðàñøèðÿåòñÿ äèñêîãðàôèÿ äèðèæåðà. Ñðåäè åãî çàïèñåé ñ Êîðîëåâñêèì ôèëàðìîíè÷åñêèì îðêåñòðîì Ëèâåðïóëÿ – àëüáîì ñ îïåðàìè «Ñêðèïêà Ðîòøèëüäà» Ôëåéøìàíà è «Èãðîêè» Øîñòàêîâè÷à; ñèìôîíè÷åñêèå ïðîèçâåäåíèÿ Ðàõìàíèíîâà (çà Âòîðóþ è Òðåòüþ ñèìôîíèè ìàýñòðî áûë óäîñòîåí íåìåöêîé ïðåìèè ECHO Klassik â 2012 ã.) è âñå åãî ôîðòåïèàííûå êîíöåðòû (ñîëèñò – Ñèìîí Òðï÷åñêè); êîíöåðòû è âñå ñèìôîíèè ×àéêîâñêîãî (çàïèñü ñèìôîíèè «Ìàíôðåä» óäîñòîåíà Gramophone Award â 2009 ã.).  2015 ã. âûøëî ïîëíîå ñîáðàíèå ñèìôîíèé Øîñòàêîâè÷à, ñíèñêàâøåå ìåæäóíàðîäíîå ïðèçíàíèå.  2017 ãîäó èõ äîïîëíèëè çàïèñè ôîðòåïèàííûõ êîíöåðòîâ êîìïîçèòîðà.

Ñ Ôèëàðìîíè÷åñêèì îðêåñòðîì Îñëî Ïåòðåíêî çàïèñàë âèîëîí÷åëüíûå êîíöåðòû Øîñòàêîâè÷à (ñîëèñò – Òðóëüñ ̸ðê), Ñêðèïè÷íûé êîíöåðò Øèìàíîâñêîãî (ñîëèñòêà – Áàéáà Ñêðèäå).  2016 ãîäó âûøåë àëüáîì ñ çàïèñüþ ìóçûêè áàëåòà «Ðîìåî è Äæóëüåòòà» Ïðîêîôüåâà. Ðåëèçû 2017–2019 ãã. âêëþ÷àþò ïðîèçâåäåíèÿ Ýëãàðà, Ñòðàâèíñêîãî è Ðèìñêîãî-Êîðñàêîâà, çàïèñàííûå ñ Êîðîëåâñêèì ôèëàðìîíè÷åñêèì îðêåñòðîì Ëèâåðïóëÿ, è ñî÷èíåíèÿ Ñêðÿáèíà ñ Ôèëàðìîíè÷åñêèì îðêåñòðîì Îñëî. Ñðåäè ðåëèçîâ 2020–2021 ãã. – çàïèñè ñèìôîíè÷åñêèõ ïîýì Ð. Øòðàóñà, ñèìôîíèé Ïðîêîôüåâà è Ìÿñêîâñêîãî ñ Ôèëàðìîíè÷åñêèì îðêåñòðîì Îñëî, à òàêæå ïðîèçâåäåíèé Ñòðàâèíñêîãî è Öåìëèíñêîãî ñ Êîðîëåâñêèì ôèëàðìîíè÷åñêèì îðêåñòðîì Ëèâåðïóëÿ.

 2007 ãîäó Âàñèëèé Ïåòðåíêî ïîëó÷èë íàãðàäó æóðíàëà Gramophone êàê «Ëó÷øèé ìîëîäîé àðòèñò ãîäà», â 2017-ì åìó âíîâü âðó÷èëè ýòó ïðåìèþ – â êàòåãîðèè «Àðòèñò ãîäà».  2010 ãîäó îí áûë íàçâàí «Àðòèñòîì ãîäà» íà öåðåìîíèè âðó÷åíèÿ ïðåìèè Classical Brit Awards.  2021 ã. ñòàë îáëàäàòåëåì ïðåìèè BraVo â íîìèíàöèè «Äèðèæ¸ð ãîäà». Ïåòðåíêî ñòàë âòîðûì â èñòîðèè ÷åëîâåêîì, êîòîðîìó ïðèñóäèëè ïî÷åòíóþ äîêòîðñêóþ ñòåïåíü ñðàçó äâà ëèâåðïóëüñêèõ âóçà – Ëèâåðïóëüñêèé óíèâåðñèòåò è Ëèâåðïóëüñêèé óíèâåðñèòåò Õîóï. Ìóçûêàíò óäîñòîåí òàêæå çâàíèÿ Ïî÷åòíîãî ÷ëåíà Óíèâåðñèòåòà Äæîíà Ìóðà è çâàíèÿ «Ïî÷åòíûé ãðàæäàíèí Ëèâåðïóëÿ».

Ïîìèìî êîíöåðòîâ ñ Ãîñîðêåñòðîì Ðîññèè èìåíè Å.Ô.Ñâåòëàíîâà è Êîðîëåâñêèì ôèëàðìîíè÷åñêèì îðêåñòðîì â Ëîíäîíå, çàïëàíèðîâàíî ìíîæåñòâî âûñòóïëåíèé Âàñèëèÿ Ïåòðåíêî ñ âåäóùèìè îðêåñòðàìè ìèðà, ñðåäè êîòîðûõ Îðêåñòð Äàòñêîãî ðàäèî, Îðêåñòð Ãîëëàíäñêîãî ðàäèî, Ñèìôîíè÷åñêèé îðêåñòð Ìîíðåàëÿ, Ñèìôîíè÷åñêèé îðêåñòð Íîâîé Çåëàíäèè, Ôèëàðìîíè÷åñêèé îðêåñòð Ãîíêîíãà, Îðêåñòð NHK (Òîêèî), Íàöèîíàëüíûé îðêåñòð Ôðàíöèè, Ôèëàðìîíè÷åñêèé îðêåñòð Äðåçäåíà, Èçðàèëüñêèé ôèëàðìîíè÷åñêèé îðêåñòð.