Vladimir Petrov tunnettiin erityisesti 1970-luvulla parhaimmillaan olleesta ketjussa, jossa hänen laidoillaan pelasivat Boris Mihailov ja Valeri Harlamov. Petrov pelasi maajoukkueessa 11 MM-kisat, joissa Neuvostoliitto voitti kultaa yhdeksän kertaa ja joutui tyytymään kerran hopeaan ja kerran pronssiin. Parhaimmillaan, vuonna 1973, Petrov teki 34 pistettä 10 MM-kisaottelussa.
Suurimman osan seurajoukkueurastaan Petrov edusti Moskovan TsSKA:aa. Petrov valittiin kansainvälisen jääkiekkoliiton kunniagalleriaan vuonna 2006.
