Народився 1894 року в Катеринославі. Історико-філологічну освіту здобув у Київському університеті (1918). Докторську дисертацію про творчість Пантелеймона Куліша захистив 1930 року. Працював у Етнографічній комісії, очолював Інститут українського фольклору. Протягом 1945-1949 років перебував у еміграції, де був активним учасником мистецького та наукового життя. Згодом повернувся до СРСР, працював у Москві, а з 1956 року в Києві.
Дебютний роман «Дівчина з ведмедиком» (1928) викликав як звинувачення, так і високі оцінки критиків.
Петров відомий своєю неоднозначною біографією. Існують версії, що він був розвідником радянських спецслужб.
До творчого доробку, окрім численних наукових праць, належать романи: «Доктор Серафікус» (1947), «Без ґрунту» (1948). Також вийшли друком: «Самотній мандрівник простує по самотній дорозі: романізовані біографії» (2014), «Проза у трьох томах» (1988-1989), «Розвідки у 3-х томах» (2015), збірка «Спрага музики» (2017).