Родился 26 марта 1938 г. в селе Чемер (Черниговская область Украинской ССР, ныне Украина).
В 1961 г. окончил Харьковский театральный институт (ныне Харьковский национальный университет искусств им. И. П. Котляревского, Украина). Выпускник курса народного артиста СССР Ивана Марьяненко.
Работа в театре
В 1961-1964 гг. Алексей Петренко выступал в Запорожском музыкально-драматическом театре им. Н. А. Щорса и в Донецком областном русском драматическом театре (Мариуполь).
В 1964-1978 гг. служил в Ленинградском театре имени Ленсовета. Исполнял роли в спектаклях "Трехгрошовая опера" по пьесе Бертольта Брехта, "Укрощение строптивой" по произведению Уильяма Шекспира, "Преступление и наказание" по роману Федора Достоевского, "Нашествие" по пьесе Леонида Леонова и др.
С 1977 г. выступал в Московском драматическом театре на Малой Бронной. Был задействован в спектаклях "Месяц в деревне" по пьесе Ивана Тургенева, "Женитьба" по произведению Николая Гоголя, "Враги" по пьесе Максима Горького и др.
С 1978 г. выходил на сцену Московского художественного академического театра СССР им. М. Горького в спектаклях "Утиная охота" по пьесе Александра Вампилова, "Обвал" по роману Михаила Джавахишвили и др.
В 1990-х гг. Алексей Петренко сотрудничал с московским театром "Школа современной пьесы" (с 2023 г. - Театр на Трубной). Также он проводил сольные выступления, в ходе которых исполнял романсы, читал стихотворения и монологи.
Работа в кино
Алексей Петренко дебютировал в кино, исполнив роль официанта в мелодраме Виктора Соколова "День солнца и дождя" (1967). Среди его наиболее известных киноработ: Григорий Распутин в драме Элема Климова "Агония" (фильм снят в 1975 г., но вышел на отечественные экраны только спустя десять лет), Петр I в исторической мелодраме Александра Митты "Сказ про то, как царь Петр арапа женил" по мотивам романа Александра Пушкина "Арап Петра Великого" (1976), судья Игорь Ставрасов в драме Константина Ершова "Грачи" (1982), Пол Дик в детективном телесериале Владимира Фокина "ТАСС уполномочен заявить..." по роману Юлиана Семенова (1984), метростроевец в драме Никиты Михалкова "Двенадцать" (2007).
В числе других фильмов с участием актера: "Двадцать дней без войны" (1976, режиссер Алексей Герман), "Ключ без права передачи" (1976, Динара Асанова), "Прощание" по мотивам повести Валентина Распутина "Прощание с Матёрой" (1981, Элем Климов и Лариса Шепитько), "Жестокий романс" по пьесе Александра Островского "Бесприданница" (1984, Эльдар Рязанов), "Пиры Валтасара, или Ночь со Сталиным" по новелле Фазиля Искандера "Пиры Валтасара" из романа "Сандро из Чегема" (1989, Юрий Кара), "Сибирский цирюльник" (1998, Никита Михалков), "Фортуна" (2000, Георгий Данелия), "Не хлебом единым" по мотивам романа Владимира Дудинцева (2005, Станислав Говорухин). Последняя роль - Григорий Земляникин в комедии "Елки-5" (2016, Тимур Бекмамбетов и др.). В общей сложности Алексей Петренко снялся в более чем 80 фильмах и сериалах.
Звания, награды
Народный артист РСФСР (1988) и Украины (1999).
Алексей Петренко был награжден орденами "За заслуги перед Отечеством" IV степени (1998) и Почета (2014).
Лауреат Государственной премии РФ в области литературы и искусства 1999 г.
Обладатель специального приза президента Белоруссии "За сохранение и развитие традиций духовности в киноискусстве" (2006).
Был удостоен премии Всесоюзного кинофестиваля за лучшее исполнение мужской роли (1977, "Ключ без права передачи"), кинопремии "Золотой орел" в категории "Лучшая мужская роль в кино" (2008, в составе актерского ансамбля фильма "Двенадцать") и в почетной номинации "За честь и достоинство" (2009).
Кончина
Алексей Петренко скончался 22 февраля 2017 г. в Москве на 79-м году жизни. Похоронен на Никольском кладбище в Балашихе (Московская область).
Фильмы об Алексее Петренко
Жизни и творчеству актера посвящены документальные фильмы "Парадоксы Алексея Петренко" (2008, режиссер Борис Конухов) и "Алексей Петренко. Кто из вас без греха?" (2018, Николай Викторов).