Petar Stoychev, en plus de dominer les classements en eau libre pendant onze années consécutives entre 2001 et 2011, a également participé à des compétitions en bassin. Participant à quatre éditions des Jeux olympiques de 2000 à 2012, il a terminé sixième du 10 km aux Jeux olympiques d'été de 2008 où il était le porte-drapeau de la délégation bulgare durant la cérémonie d'ouverture[1] et neuvième aux Jeux olympiques d'été de 2012.
En 2011, il devient le premier champion du monde bulgare de natation en eau libre après sa victoire sur le 25 kilomètres[2].
En , il a été nommé ministre des sports bulgare par intérim[3].
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