Родился 30 июня 1947 г. в Красногорске (Московская область).
В 1976 г. окончил Московский областной государственный институт физической культуры (ныне Московская государственная академия физической культуры; пос. Малаховка, Московская область).
Карьера игрока
В детстве Владимир Петров занимался хоккеем с мячом в красногорском клубе "Зоркий".
В 1960 г. начал заниматься хоккеем с шайбой в клубе "Красный Октябрь", организованном в Тушине на базе профессионального клуба "Крылья Советов". Первым тренером Владимира Петрова был заслуженный мастер спорта СССР Алексей Гурышев. На протяжении карьеры Петров играл на позиции центрального нападающего.
В 1965 г. вместе с "Крыльями Советов" завоевал золото первенства страны среди молодежных команд, после чего начал выступать за основной состав клуба.
В 1967 г. по приглашению тренера Анатолия Тарасова перешел в столичный ЦСКА, который представлял вплоть до 1981 г. В течение этого времени Владимир Петров стал одиннадцатикратным чемпионом СССР (1968, 1970-1973, 1975, 1977-1981), а также трехкратным серебряным призером первенства страны (1969, 1974, 1976).
В 1981-1983 гг. выступал за ХК СКА (Ленинград, ныне Санкт-Петербург).
В общей сложности провел в чемпионате СССР 553 матча, в которых забросил 370 шайб. Трижды становился его лучшим снайпером (1970, 1973, 1979), четырежды - лучшим бомбардиром по системе "гол+пас" (1973, 1975, 1978, 1979).
Владимир Петров дебютировал в сборной СССР в январе 1969 г. Через два месяца в Стокгольме (Швеция) в ее составе впервые стал чемпионом мира. В дальнейшем еще восемь раз выигрывал мировое первенство (1970 - Стокгольм; 1971 - Берн и Женева, Швейцария; 1973 - Москва; 1974 - Хельсинки, Финляндия; 1975 - Мюнхен и Дюссельдорф, ФРГ; 1978 - Прага, Чехословакия; 1979 - Москва; 1981 - Стокгольм и Гетеборг, Швеция).
Владимир Петров являлся двукратным олимпийским чемпионом. Золотые медали в составе сборной СССР он завоевал на XI (1972, Саппоро, Япония) и XII (1976, Инсбрук, Австрия) зимних Олимпийских играх. Также был обладателем серебряной награды XIII зимней Олимпиады (1980, Лейк-Плэсид, шт. Нью-Йорк, США).
На чемпионатах мира и зимних Олимпийских играх суммарно провел 118 игр, забросил 84 шайбы. Становился лучшим бомбардиром чемпионатов мира 1973 (в ходе турнира забросил 18 шайб; данный результат остается рекордом результативности одного игрока в ходе розыгрыша мирового первенства), 1977 и 1979 гг.
Владимир Петров был участником Суперсерий 1972 и 1974 гг. - восьмиматчевых противостояний сборных СССР и Канады по хоккею.
В 1968-1980 гг. в ЦСКА и сборной СССР выступал в одной тройке с Борисом Михайловым и Валерием Харламовым. Она считается одной из наиболее сильных за всю историю хоккея с шайбой.
Тренерская и административная деятельность
В 1983-1984 гг. Владимир Петров работал в тренерском штабе СКА.
С 1986 по 1988 г. являлся главным тренером Вооруженных сил Министерства обороны СССР по футболу.
В 1989-1990 гг. занимал должность начальника хоккейной команды СКА МВО (Калинин, ныне Тверь).
В 1990-1992 гг. Владимир Петров был председателем комитета ветеранов Федерации хоккея СССР.
С 1992 по 1994 г. возглавлял Федерацию хоккея России.
В 1995-1996 гг. был генеральным менеджером хоккейного клуба "Спартак" (Москва). В 1998-2000 гг. работал на аналогичной должности в ЦСКА, в 2003-2005 гг. - в СКА.
С начала 2000-х гг. занимался кинопродюсированием. Принимал участие в работе над документальными фильмами Юрия Занина "Ледовая коррида Валерия Харламова" (2002) и "Великое противостояние: Анатолий Тарасов - Всеволод Бобров" (2002), художественной лентой "Дополнительное время" о последних днях жизни Валерия Харламова (2007, режиссер Юрий Стааль).
В 2013-2017 гг. являлся президентом Всероссийской общественной организации "Клуб юных хоккеистов "Золотая шайба" имени А. В. Тарасова".
Звания, награды
Заслуженный мастер спорта СССР (1969). Имел воинское звание полковника.
Владимир Петров был награжден орденами "Знак Почета" (1975, 1978), Дружбы (1996), "За заслуги перед Отечеством" IV степени (2011).
В 2006 г. введен в Зал славы Международной федерации хоккея (Торонто, Канада).
Почетный гражданин Красногорского района Московской обл. (2002).
Кончина
Владимир Петров скончался 28 февраля 2017 г. в Москве на 70-м году жизни. Похоронен на Федеральном военном мемориальном кладбище в Мытищах (Московская обл.).
Память, признание
С сезона 2017/2018 гг. главный трофей Высшей хоккейной лиги носит название "Кубок имени Владимира Петрова".
В 2018 г. на Аллее спортивной славы ЦСКА в Москве был установлен бюст Владимира Петрова. С 2019 г. в Красногорске работают академия хоккея и ледовая арена его имени.
Карьере и достижениям спортсмена и его партнеров посвящены фильмы Юрия Занина "Борис Михайлов и Владимир Петров" (2004) и "Легендарная тройка: Петров, Михайлов, Харламов" (2007).