Pierwszy Rosjanin w fotelu kierowcy F1. Nie zaczynał w kartingu lecz w rosyjskiej serii Lada Cup, którą wygrał w 2002 zwyciężając w każdym wyścigu. Następnie dwa lata spędził w europejskiej Formule Renault oraz licznych krajowych mistrzostwach, gdzie nie odnosił sukcesów.

W trakcie sezonu 2006 trafił na zastępstwo do GP2 i został tam w roku 2007, kiedy zaczął wygrywać wyścigi. Sezon 2008 ukończył dla zespołu Campos na siódmym miejscu a w roku 2009 był juz drugi.

Mówi się, że zespół Ranault zatrudnił go jako kierowcę w Formule 1 ze względu na pieniądze, które wraz z nim idą z kieszeni jego ojca. Jednak szef zespołu, Eric Boullier twierdzi, iż większe znaczenie niż fundusze ma dla niego równowaga między umiejętnościami i doświadczeniem, jaką niewątpliwie reprezentuje Vitaly Petrov.