Павел Петренко окончил Хоровое училище им. М.И. Глинки и Санкт-Петербургскую государственную консерваторию им. Н.А. Римского-Корсакова по специальностям «хоровое дирижирование» и «оперно-симфоническое дирижирование».
С 2003 г. Павел является хормейстером Мариинского театра, где он также выступал дирижëром концертов и оперных постановок, среди которых такие оперные премьеры, как «Мистерия апостола Павла» Н. Каретникова, «Мëртвые души» и «Левша» Р. Щедрина, а также «Русалка» А. Даргомыжского, «Любовный напиток» Г. Доницетти, «Саламбо» и «Женитьба» М. Мусоргского, «Мавра» И. Стравинского, «Любовь к трëм апельсинам» С. Прокофьева, «Русалка» А. Дворжака, «Ночь перед Рождеством» и «Майская ночь» Н. Римского-Корсакова, «Дон Кихот» Ж. Массне, «Свадебка» И. Стравинского, «Бенвенуто Челлини» Г. Берлиоза, «Конëк-Горбунок» и «Рождественская сказка» Р. Щедрина.
С 2004 по 2006 г.г. работал в театре «Санктъ-Петербургъ опера», где дирижировал спектаклями «Рита и Колокольчик» Г. Доницетти, «Сокол» Д. Бортнянского и «Тайный брак» Д. Чимарозы.
С 2007 по 2010 г.г. — приглашенный дирижëр детского музыкального театра «Зазеркалье», в котором под его управлением шли спектакли «Волшебная флейта» В.А. Моцарта, «Золушка» Дж. Россини и «Летучая мышь»  И. Штрауса.
В должности художественного руководителя и главного дирижëра Выборгского музыкального театра-студии (с 2008 года) он поставил оперы «Паяцы» Р. Леонкавалло, «Иоланта» П.И. Чайковского, «Кащей Бессмертный» Н. Римского-Корсакова.
С 2014 г. — дирижëр Санкт-Петербургского государственного симфонического оркестра и приглашëнный дирижëр Молодëжного оркестра Екатеринбургской филармонии.