Director musical de la Royal Philharmonic de Londres, de la Joven Orquesta de la Unión Europea y, desde 2021-22, director laureado de la Real Filarmónica de Liverpool. Ha sido titular de la Orquesta Sinfónica Académica Estatal de Rusia, la Real Filarmónica de Liverpool y la Filarmónica de Oslo, director principal de la Joven Orquesta Nacional de Gran Bretaña y principal invitado del Teatro Mijáilovski.
Ha trabajado con orquestas como la Filarmónica de Berlín, la Sinfónica de Londres, la Gewandhaus de Leipzig, las nacionales de Francia y España, la Academia Nacional de Santa Cecilia, las filarmónicas de San Petersburgo y la República Checa y la NHK. Ha sido invitado por los festivales de Edimburgo, Grafenegg y los Proms de la BBC y, en los últimos años, ha debutado c en los Estados Unidos con las orquestas de Cleveland, Filarmónica de Los Ángeles y las sinfónicas de Filadelfia, San Francisco, Boston, Chicago y San Luis. En la ópera, debutó en 2010 en Glyndebourne con Macbeth de Verdi y en la Ópera de París, con Yevgeny Onegin, de Chaikovski y, en 2019, con la Dama de picas de Chaikovski en la Ópera Metropolitana de Nueva York. En su discografía, destacan las sinfonías de Shostakóvich con la Real Filarmónica de Liverpool para Naxos.
Vasily Petrenko fue galardonado Joven Artista del Año en 2007 y Mejor Artista Masculino en 2017 en los premios Gramophone. En 2009, la Universidad de Liverpool le otorgó el doctorado honoris causa y, desde su victoria en el 6º Concurso Internacional de Dirección de Cadaqués, ha dirigido las principales orquestas españolas.