Заслуженный деятель искусств России (2008). Окончил Ленинградскую консерваторию по специальностям хоровое и оперно-симфоническое дирижирование. Творческую деятельность начал в 1981 году в Ленинградском театре музыкальной комедии в качестве дирижера-постановщика, затем работал руководителем хора Смольного собора и являлся приглашенным дирижером Конгресс-оркестра Петербурга. С 1989 по 2000 год преподавал в Санкт-Петербургской консерватории хоровое и симфоническое дирижирование.

С хоровыми коллективами и симфоническими оркестрами гастролировал более чем в 20 странах мира. С 2000 года – главный хормейстер Мариинского театра, где также дирижирует операми, кантатно-ораториальными, симфоническими произведениями, готовит концертные программы с участием солистов оперы, хора и оркестра Мариинского театра. Под его управлением хор Мариинского театра выступал в престижных залах России, Литвы, Финляндии, Голландии, Бельгии, Франции, Германии, Швейцарии, Италии, Великобритании и Израиля.

С 2008 года Андрей Петренко – приглашенный дирижер Хора Французского радио. С 2014 года – главный приглашенный хормейстер, а с 2015 – художественный руководитель Симфонического хора Свердловской филармонии.