Игорь Петренко родился 23 августа 1977 года на востоке Германии, куда отправили его отца-военнослужащего. В семье Игоря не было артистов, хотя бабушка мальчика окончила Гнесинку и отлично пела, а мама обожала театр и приобщала к своему увлечению детей – Игоря и его сестру Иру.
В три года Игорь вместе с родителями переехал в Москву, где и прошли все его юные годы. Юноша рос активным, веселым и беззаботным, любил спорт, занимался самбо и дзюдо, увлекался английским языком. После школы Петренко поступил в училище им. Щепкина.
В студенческие годы его впервые начали приглашать в телепроекты, а после получения диплома в 2000 году Игорь стал актером московского Малого театра. Но проработал там недолго, решив вернуться в кинематограф. В 2001 году он получил сразу несколько главных ролей в военных и криминальных картинах, а через три года ему досталась ключевая роль в картине Чухрая «Водитель для Веры», после которой Игорь проснется знаменитым.
В «Щепке» актер встретил свою первую супругу, актрису Ирину Леонову. Их союз распался в 2004 году. Вскоре Игорь женился вновь на актрисе Катерине Климовой, которая родила ему двоих сыновей. Отношения звездной четы были бурными, но все же окончились разводом. Осенью 2016 года Игорь в третий раз предпринял попытку стать счастливым семьянином и отвел под венец актрису из Санкт-Петербурга Кристину Бродскую. Пара воспитывает двух дочерей.
