Заслуженный деятель искусств России.

Родился в Ленинграде в 1956 году. Окончил Ленинградскую консерваторию по специальностям «Хоровое дирижирование» (класс профессора Елизаветы Кудрявцевой-Муриной) и «Оперно-симфоническое дирижирование» (класс профессора Ильи Мусина). 

Первым творческим коллективом стал Хор любителей пения Хорового общества Ленинграда, с которым дирижёр работал с 1973 по 1989 год, успешно выступая в Москве, Нижнем Новгороде, Риге, Таллине, Дрездене, Белграде. С 1981 года был дирижёром Ленинградского театра музыкальной комедии, где выпустил девять премьерных постановок. С 1989 по 1992 год — главный дирижёр Санкт-Петербургского театра «Мюзик-холл».

С 1994 года начал работу в качестве художественного руководителя хора Смольного собора Санкт-Петербурга, с которым гастролировал в Финляндии, Германии, Нидерландах, Бельгии, Польше, Дании, а также в Южной Корее.

С 1989 по 2000 год преподавал хоровое и симфоническое дирижирование в Санкт-Петербургской государственной консерватории имени Н. А. Римского-Корсакова. В те же годы руководил студенческим камерным хором, с которым гастролировал в Италии (1991) и завоевал I премию на Международном фестивале духовной музыки в Хайнувке (Польша, 1993). Был дирижёром Театра оперы и балета Санкт-Петербургской государственной консерватории имени Н. А. Римского-корсакова, с балетной труппой которого гастролировал в Хельсинки и Берлине. В те же годы был приглашённым дирижёром петербургского «Конгресс-оркестра».

С 2000 по 2020 год — главный хормейстер и приглашённый дирижёр Мариинского театра. Участвовал более чем в 50 оперных постановках. Дирижировал многими спектаклями, в числе которых «Обручение в монастыре» и «Война и мир» Прокофьева, «Сказка о царе Салтане» и «Снегурочка» Римского-Корсакова, «Князь Игорь» Бородина, «Сорочинская ярмарка» Мусоргского, «Аида» Верди, «Самсон и Далила» Сен-Санса, «Любовный напиток» Доницетти, «Очарованный странник» и «Боярыня Морозова» Щедрина, «Свадебка» Стравинского, а также кантатно-ораториальными сочинениями Баха, Генделя, Гайдна, Моцарта, Россини, Берлиоза, Верди, Брамса, Пуленка, Стравинского, Прокофьева, Свиридова, Губайдулиной и других композиторов.

Хор Мариинского театра под управлением Андрея Петренко был номинирован на премию «Грэмми» за исполнение «Страстей по Иоанну» Губайдулиной. В 2011 году за исполнение оперы-оратории «Царь Эдип» Стравинского хор был удостоен премии International Classical Music Awards. По заказу Института Финляндии Андрей Петренко записал с хором два диска рождественских и патриотических финских песен в собственной аранжировке и русском стихотворном переводе.

Осуществил оперные постановки в Финляндии («Фауст» Гуно) и Эстонии («Севильский цирюльник» Паизиелло). С 1995 по 2010 год был художественным руководителем фестиваля «Недели искусств Валкама» в городе Йювяскюля (Финляндия). В 2001 году подготовил хор для участия в постановке оперы «Леди Макбет Мценского уезда» Шостаковича на Зальцбургском фестивале. Сотрудничал со знаменитым хором Национальной академии Санта-Чечилия и хором Варшавской филармонии. 

В разные годы работал с Симфоническим оркестром Санкт-Петербургской филармонии, Симфоническим оркестром Государственной академической капеллы Санкт-Петербурга, Филармоническим оркестром Турку, Симфоническими оркестрами Оулу и Йювяскюля (Финляндия), Гамбургским молодёжным симфоническим оркестром, оркестром Харбинской филармонии.

С 2014 года сотрудничает с Детским хором России, созданным при возрождённом Всероссийском хоровом обществе.

С 2015 года — художественный руководитель Симфонического хора Свердловской филармонии. Под управлением Андрея Петренко коллектив гастролировал в России, Франции, Германии, Дании, Китае, Японии; принимал участие в международных фестивалях: Beethovenfest, La Folle Journée, Via Aeterna, Le Rivage des voix, «Харбинское лето», Московский Пасхальный фестиваль, «Евразия», Bach-fest, «Безумные дни в Екатеринбурге», «Алябьевская музыкальная осень». 

Под руководством Андрея Петренко Симфонический хор записал диск «Русские молитвы» (Mirare, 2017), а также альбомы «Великая музыка малых форм», «Рахманинов. Всенощное бдение», «Русские хоровые концерты», «Приношение Александру Архангельскому», «Память сердца» и «Духовная музыка Альфреда Шнитке», которые вышли в 2023–2026 годах на лейбле Fuga Libera (Бельгия).

С 2015 года музыкант также сотрудничает с Уральским академическим филармоническим оркестром. В 2017 году дирижировал концертами интернационального коллектива, состоящего из музыкантов Уральского филармонического и Харбинского симфонического оркестров, в рамках II Китайско-российского фестиваля культуры и искусства. С 2020 по 2022 год был художественным руководителем Уральского молодёжного симфонического оркестра.

С 2017 по 2019 год — художественный руководитель камерного оркестра «Инструментальная капелла» Московской областной филармонии.

Является членом президиума Хорового общества России, входит в состав жюри престижных всероссийских и международных конкурсов. Награждён Высшей театральной премией Санкт-Петербурга «Золотой софит» и грамотой Президента России «За большой вклад в подготовку Олимпийских игр в Сочи» (2014).