В 2011 году Виталий Петров стал первым российским гонщиком, который поднялся на подиум Формулы 1. Случилось это знаменательное событие 27 марта на Гран-при Австралии.

В 2010 году Петров стал первым пилотом из России в формуле 1, подписав трёхлетний контракт (но пробыв два сезона) с Renault F1 Team, заняв в ней место боевого пилота. В 2009 году занимал второе место в чемпионате, выступая за команду Barwa Addax, по результатам того чемпионата остался вторым, хоть в конце красиво и выиграл пару гонок, но для первого места этого было недостаточно. В 2008 году Виталий Петров принимал участие в чемпионате Азии GP2, выступая за команду Barwa International Campos Team. В 2007 году участвовал в серии GP2, по итогам того сезона занял тринадцатое место, в личном зачете. В 2006 году выиграл бронзу Чемпиона Европы, также стал бронзовым призером Чемпионата Италии. За команду DPR принимал участие в 4 Гран При, лучшим результатом была десятая позиция. В 2005 году принимал участие в двух классах Чемпионата России, стал двукратным чемпионом России, одержав уверенные победы. В этом же году получил премию лучший гонщик, по версии российского журнала «За рулем». В 2004 году в первой части сезона Петров выступал в Европейской Формуле Рено и в Формуле 3000, а вторую часть сезона провел в Российской серии LADA Revolution. В 2003 году выиграл все ледовые соревнования в России. В этом же году выступал в Италии, в Великобритании. Стал чемпионом Великобритании, в классе Формула Рено 2.0. В 2002 году стал обладателям кубка Лада, выиграв все гонки и набрав максимальное количество очков. В 2001 году началась карьера Петрова как гонщика, начинал с выступлений в ледовых гонках.

В 2012 Виталий выступал за слабую команду Caterham и в последней гонке сезона смог финишировать на 11 месте, принеся своей команде 10 место в кубке конструкторов. Опередив команду Marussia в кубке конструкторов, он лишил её призовых денег (около 10 млн. долл.). К сожалению, в 2013 году слова "Петров Формула 1" перестали быть одним целым, так как команда Caterham не продлила его контракт, а он и его менеджер Оксана Косаченко (с которой Виталий прервал деловые отношения) не смогли найти место боевого пилота в других командах чемпионата.