Владимир Петров жил в Перово и поначалу выступал за «Фрейзер», который находился недалеко от его дома. В 14 летнем возрасте ему последовало приглашение в ФШМ от заслуженного мастера спорта Виктора Лахонина. С конца 1955-го он начал играть за 3-ю юношескую школу молодёжи.
В 1959 году приглашен в московский «Спартак». Владимира взяли на место Николая Тищенко, в обороне играл рядом с Масленкиным, Крутиковым, Корнеевым и Солдатовым. В то время попасть в команду олимпийских чемпионов для молодых футболистов было высоким достижением.
В 1961 году вместе с ЦСКА во главе который был Константин Бесков, которой знал Владимира с детской школы ФШМ, отправился на турне клуба в Австрию. Первую игру армейцы выиграли, а вот во второй потерпели поражение от венского «Рапида». Тот матч стал для Владимира злополучным, именно в этом матче футболист сборной Австрии Немец, очень грубо сыграл против него. Сильный удар пришелся в колено, что привело к разрыву связок, повреждению мениска. К сожалению, травма колена, не позволила Петрову полноценно провести чемпионский сезон 1962 года и кубковый — 1963 года. Но уже к 1964 Петров восстановился и вернулся в состав красно-белых. Лишь только в 1965 Петров вновь стал игроком основного состава, а выступавший ранее на его позиции Логофет перешёл в полузащиту. Завершил же карьеру в 1972 году в кутаисском «Торпедо».
После окончания футбольной карьеры в 1984 году работал тренером в клубе «Шинник» из Ярославля. с 1985 по 1991 год работал начальником команды, за исключением сезона 1989 года, когда он был главным тренером ярославцев.
Главный тренер клуба «Колос» из Краснодара (1992 год).
В 1993 году был главным тренером махачкалинского «Анжи». Также был главный тренером «Дружбы» из города Йошкар-Ола в 1994 году, на следующий сезон возглавлял «Автомобилист» из Ногинска.
В 1996 тренировал «Сибирь» из Кургана.
Работал тренером в МИФИ из Москвы (1997).
Владимир Петров дебютировал в национальной сборной СССР 17 августа 1960 года в товарищеском матче против сборной ГДР в Лейпциге, который завершился победой советских футболистов со счётом 1:0. Всего же за сборную провёл три матча.