Игорь Петренко родился 23 августа 1977 года в городе Потсдам (ГДР) в семье военнослужащего. В 1980 году семья переехала в Москву. В 2000 году окончил Высшее театральное училище им. М.С.Щепкина. В 2001 году дебютировал в фильме «Условный рефлекс» режиссёра Ильдара Исламгулова. Лауреат Государственной премии Российской Федерации (2002). Член Союза кинематографистов РФ (с 1 апреля 2009 года). Лауреат Премии ФСБ России (2018).