פטרוב גדל במחלקת הנוער של המועדון הבולגרי צסק"א סופיה, בו הספיק להעביר רק עונה אחת בבוגרים לפני שעבר לשחק בסלטיק. כבר בעונתו הראשונה בגלאזגו שיחק באופן קבוע בהרכב סלטיק ומשם הגיע למקום של קבע גם בנבחרת בולגריה.
ב-6 בספטמבר 2011 שיחק פטרוב בפעם ה-103 במדי נבחרת בולגריה, במשחק ההפסד לשווייץ 3:1. בכך שבר את שיא ההופעות בנבחרת בולגריה שהוחזק לפני כן על ידי השוער בוריסלב מיכאילוב.