Игорь Петрович Петренко родился 23 августа 1977 года в городе Потсдаме (ГДР) в семье офицера Советской армии.
Отец - Пётр Владимирович Петренко, полковник, кандидат химических наук.
Мать - Татьяна Анатольевна Петренко, переводчица с английского языка
В 1980 г. семья переехала в Москву. В детстве главным увлечением был спорт — спортивная гимнастика, самбо и дзюдо.
15 декабря 1992 г. арестован за соучастие в убийстве. Несколько месяцев провёл в следственном изоляторе "Матросская тишина", ещё несколько — в "Бутырке", год и девять месяцев — в психиатрической лечебнице, летом 1995 года отпущен на свободу до суда. В 1997 году приговорён к восьми годам лишения свободы условно с испытательным сроком три года.
В 2001 году дебютировал в фильме "Условный рефлекс" режиссёра Ильдара Исламгулова. Ни роль, ни кинокартина не стали успешными. Следующий актёрский опыт — роль в телесериале "Московские окна" (2001) режиссёра Александра Аравина, которая принесла ему первую популярность.
Стал известен после выхода в прокат фильма "Звезда" (2002) .
Проживает с семьей в Санкт-Петербурге
Жены:
Первая жена — Ирина Леонова (род. 1978). С ней актёр познакомился во время учёбы в театральном училище; поженились сразу после окончания обучения в 2000 году. В 2004 году развелись.
Вторая жена — Екатерина Климова (род. 1978), в браке с 31 декабря 2004 по 10 июля 2014 года. С ней Петренко познакомился на съёмках телесериала "Московские окна" (2001), когда ещё состоял в первом браке. Их отношения начались в 2003 году, когда они были приглашены на съёмки телесериала "Лучший город Земли". В браке родились сыновья Матвей (род. 2006) и Корней (род. 2008)
Третья жена — Кристина Бродская (род. 1990), в браке с 19 сентября 2016 года. Дочери София-Каролина (род. 2014), Мария (род. 2017) и Ева (род. 2019).
Член правления межрегионального независимого профсоюза актёров театра и кино, член Общественного совета ФСТЗ.
Лауреат Государственной премии Российской Федерации (2003).
С 2009 года — член Союза кинематографистов России
2003 — лауреат Государственной премии Российской Федерации в области литературы и искусства 2002 года (в области киноискусства) — за исполнение одной из главных ролей в художественном фильме "Звезда" (2002)
Награды за творчество:
2002 — приз XIV Международного фестиваля актёров кино "Созвездие — 2002", учреждённого Гильдией актёров кино России, в номинации "Лучший мужской дебют" — за роль лейтенанта Травкина в фильме "Звезда" (2002)
2002 — лауреат национальной кинематографической премии "Ника" в номинации "Открытие года" — за исполнение одной из главных ролей в художественном фильме "Звезда" (2002)
2003 — лауреат молодёжной премии "Триумф" в номинации "Лучший молодой актёр" — за выдающийся вклад в отечественную культуру
2003 — приз VI Международного кинофестиваля "Бригантина—2003" в Бердянске в номинации "Лучший актёр первого плана" — за исполнение ролей в фильмах "Звезда" (2002) и "Кармен" (2003)
2009 — приз XVII кинофестиваля "Виват, кино России!" в Санкт-Петербурге в номинации "Лучшая мужская роль" — за исполнение роли Андрия в фильме "Тарас Бульба" (2008)
2017 — лауреат общественной премии имени Ф. Э. Дзержинского в области кино и телевидения — за создание и отражение в кино и в телефильмах подлинности работы сотрудников советской разведки и контрразведки, а также современного этапа деятельности органов российской госбезопасности
2018 — лауреат Премии ФСБ России в номинация "Актёрская работа" — "за талантливое воплощение образов сотрудников органов безопасности в отечественных кино- и телефильмах"
2021 — лауреат Премии Министерства обороны Российской Федерации в области культуры и искусства в номинации "Искусство кино и анимации" — "за воплощение образа защитника Отечества в российском кинематографе"
Роли в Малом театре
1998 — "Свадьба Кречинского" А. В. Сухово-Кобылина — Маска
1999 — "Король Густав Васа" А. Стриндберга — Маркус
2000 — "Царь Фёдор Иоаннович" А. К. Толстого — Стремянный
2000 — "Лес" А. Н. Островского — Пётр
2000 — "Горе от ума" А. С. Грибоедова — Слуга в доме Фамусова
2000 — "Князь Серебряный" А. К. Толстого — Максим Скуратов
2000 — "Снежная королева" Е. Л. Шварца по Х. К. Андерсену — принц Клаус
2018 — "Метель" А. С. Пушкина — Бурмин
2019 — "Перед заходом солнца" Г. Гауптмана — Вольфганг
2019 — "Игроки" Н. В. Гоголя — Ихарев
Фильмография:
2000 — Простые истины — Саша "Ромео"
2001 — Московские окна — Леонид Терехов
2001 — Условный рефлекс — Роман Золотов, сын известного политика
2001 — Чёрная комната (новелла "Клеопатра")
2002 — Виллисы — Игорь
2002 — Звезда — Владимир Травкин, лейтенант, командир взвода разведчиков
2003 — Кавалеры Морской звезды — Игорь
2003 — Кармен — Сергей Никитин, сотрудник милиции
2003 — Лучший город Земли — Леонид Терехов, секретарь комсомольской организации
2004 — Водитель для Веры — Виктор, водитель
2004 — Грехи отцов — Иван Фомич Калистратов, банкир, жених Екатерины Андросовой
2010 — Мы из будущего 2 — Сергей Филатов ("Борман")
2010 — Отставник-2: Своих не бросаем — Виктор Викторович Зимин (Игорь Васильевич Кондрашов), майор спецподразделения № 3477, названный сын полковника Дедова (Виктора Германовича Зимина)
2010 — Робинзон — Александр Робертсон ("Робинзон"), подводник
2011 — "Кедр" пронзает небо — Сергей Владимирович Лыков
2011 — Отрыв — Алексей Митрохин (Игорь Гранин)
2011 — Счастливчик Пашка — Павел Голубев
2011 — У каждого своя война — Борис Крохин, старший сын Любови
2012 — Мечты из пластилина — Борис, сотрудник фирмы
2013 — Семь главных желаний — Антон Цветков, хирург, друг Маши
2013 — Булаг — Сергей
2013 — Дорогая — Игорь Соколов ("Сокол"), капитан полиции
2013 — Папа напрокат — Илья Петрович Соломатин
2013 — Как завести женщину — директор цветочного магазина
2013 — Тамарка — Максим Дубровский, коллекционер произведений искусства
