Віталій Петренко народився 27 травня 1970 року в Києві.

Після закінчення Національної юридичної академії України ім. Ярослава Мудрого почав працювати в органах безпеки. За 27 років служби в СБУ пройшов шлях від слідчого до заступника начальника управління в органах СБУ на Київщині, на Закарпатті, у Полтавській і Рівненській областях.

Влітку 2014 року Віталій написав рапорт з проханням відрядити його в АТО. Перше його відрядження було нетривалим – полковника Петренка призначили на посаду заступника керівника УСБУ у Рівненській області і він мав прибути до нового місця служби.

З кінця січня 2015 до загибелі у липні 2016 року полковник Петренко практично весь час перебував на сході. Він був одним з керівників зведених мобільних груп по боротьбі з незаконним переміщенням товарів через лінію розмежування. 

Полковник Петренко загинув 13 липня 2016 року, прямуючи на бойове завдання.

Указом Президента України від 22.08.2016 № 339/2016 Петренко Віталій нагороджений орденом «За мужність» ІІІ ступеня (посмертно).

У Віталія залишилися дружина та син.