Василий Петров ещё юношей пел в церковных хорах, затем работал в Украинском оперном театре Суходольского. В 1902 году окончил Московскую консерваторию по классу пения А. И. Барцала. Выдающийся русский бас, дебютировал в Большом театре, где с 1902 по 1937 год был солистом. Выступал вместе с Ф. И. Шаляпиным, А. В. Неждановой и другими певцами.
Василий Петров — один из крупнейших представителей русского вокального искусства. Обладал гибким выразительным голосом широкого диапазона, сочетавшим мягкость и красоту звучания с мощью и редкой для баса колоратурной техникой.
Василий Родионович имел в своем репертуаре свыше 80 партий в операх русских композиторов. Кроме того, выступал и как концертный певец. Гастролировал за рубежом. В 1925—1929 гг. был вокальным руководителем Оперного театра им. К. С. Станиславского, а в 1935—1937 гг. — Оперной студии Большого театра. В последние годы жизни вёл педагогическую работу в Музыкальном техникуме им. Глазунова (Москва).
Внук Василия Родионовича, Николай Арнольдович Петров (1943 — 2011) — знаменитый пианист, Народный артист СССР (1991).