Кирил Петренко е роден през 1972 г. в Омск, а на 18 години семейството му се преселва в Австрия, където баща му се присъединява към Симфоничния оркестър на Форарлберг. Петренко учи в Консерваторията във Форарлберг и завършва с отличие по пиано. Дебютира като диригент през 1995 г., а кариерата му се утвърждава в оперния свят — през театър Майнинген и Комише опер Берлин, а от 2013 до 2020 г. е генерален музикален директор на Баварската държавна опера.
През 2019 г. официално встъпва в длъжност като титулярен диригент на Берлинската филхармония — един от най-търсените и същевременно най-дискретни диригентски постове в света. Известен с изключителна почтеност към музиката, той рядко дава интервюта и ограничава участията си до внимателно подбрани оркестри, което го превръща в една от най-уважаваните фигури на съвременното диригентско изкуство.