Родился 15.01.1917 г. в селе Чернолесском ныне Новоселицкого района Ставропольского края в семье крестьянина. Русский. Член ВКП(б) с 1944 г. Окончил 10 классов и 2 курса Будённовского педагогического училища. Работал учителем.
С 1939 года в Красной Армии. Окончил курсы младших лейтенантов в 1941 году. В годы войны находился в действующей армии на Южном, Северо-Кавказском, Закавказском, Степном, Воронежском, 1-м и 2-м Украинском фронтах.
Был командиром взвода, заместителем эскадрона, командиром батальона, начальником отдела штаба бригады и дивизии.
На фронтах Великой Отечественной войны с сентября 1941 г. Участвовал в форсировании рек Днепр и Днестр, освобождении территории Румынии и Венгрии.
В 1948 году окончил академию им. М.В. Фрунзе. С 1966 года начальник штаба, 1-й заместитель командующего, с 1972 года командующий войсками Дальневосточного военного округа. С 1976 года – 1-й заместитель Главнокомандующего, с 1980 года – Главком сухопутных войск.
За успешное выполнение заданий правительства и проявленные при этом мужество и отвагу Главкому сухопутных войск Петрову Василию Ивановичу (зам. Министра обороны СССР – с 1980 г.) генералу армии присвоено звание Героя Советского Союза 16 февраля 1982 год с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» (№ 11468).
С 1985 г. Маршал Советского Союза (1983 г.) Петров – 1-й заместитель Министра обороны СССР. С 1986 г. – в Группе ген. инсп. МО СССР.
Член ЦК КПСС с 1976 г., депутат Верховного Совета 9-11 созывов.
Награждён четырьмя орденами Ленина, орденом Октябрьской Революции, Красного Знамени, двумя орденами Отечественной войны I и II ст., двумя орденами Красной Звезды, орденом «За службу Родине в Вооружённых Силах СССР» III ст., медалями, иностранными орденами. Маршал Петров В.И. скончался 1 февраля 2014 года. Похоронен в Мытищах.
В 2016 г. по инициативе Регионального отделения Российского военно-исторического общества в Ставропольском крае на здании МОУ СОШ №2 с. Чернолесского Новоселицкого района Ставропольского края была установлена мемориальная доска Герою Советского Союза В.И. Петрову.