Артист балета, балетмейстер, педагог. Главный балетмейстер Императорских театров.
Первоначальное образование получил в Брюсселе: учился в гимназии и одновременно занимался музыкой в консерватории. Балетному искусству обучался под руководством отца Ж.-А. Петипа и О. Вестриса.
В юности выступал как танцовщик и балетмейстер во Франции, Испании и США. В 1847 году получил приглашение от Дирекции Императорских театров (единая система государственных театров в императорской России; включала 5 музыкальных и драматических театров, ликвидирована в 1917 году) в Санкт‑Петербург. Дебютировал как артист балета на сцене Петербургского Большого (Каменного) театра (ныне здание не существует, в разное время исполняло функции оперного и драматического театра). С 1850‑х годов начал заниматься постановочной деятельностью.
С 1862 года фактически возглавил балетную труппу Императорских театров (система ликвидирована, ныне Мариинский театр и Государственный академический Большой театр России). В 1869–1903 годах — главный балетмейстер Санкт‑Петербургского Большого (Каменного) театра и Мариинского театра (ныне Государственный академический Мариинский театр).
Создал более шестидесяти балетов. Среди них — «Спящая красавица», «Раймонда», «Дон Кихот», «Баядерка», «Лебединое озеро» (совместно с Л. И. Ивановым), а также редакции и постановки балетов «Жизель», «Корсар», «Пахита» и других. Работал с композиторами Ц. Пуни, Л. Минкусом, Р. Дриго, П. Чайковским и А. Глазуновым.
Спектакли Петипа сочетали академическую строгость и театральную выразительность. Он развивал традиции французской школы, заложил основы русского классического балета и развил классический балет, ныне известный также как балет наследия. Созданный им репертуар и манера исполнения лёг в основу педагогических программ и сценической практики ведущих театров России и мира.