Он родился в семье математика. Со школьных лет участвовал в самодеятельности в бакинских домах культуры и клубах, читал фельетоны и стихи, играл в народных театрах, участвовал в агитбригаде и вел концерты.
После окончания школы перебрался в Москву, мечтая стать известным актером. Учился во Всероссийской творческой мастерской эстрадного искусства.
На профессиональной сцене стал выступать в 1962 году. С 1964-го по 1969 г. работал конферансье в Государственном оркестре РСФСР. И тогда же начал работать на телевидении - вел "Голубые огоньки".
В 1973 - 1976 гг. был ведущим передачи "Артлото". С 1975-го по −1985 г. участвовал в телепрограмме "Утренняя почта". В 1969 - 1989 гг. работал в Москонцерте.
В 1973 г. – Петросян с Шимеловым и Писаренко создал программу «Трое вышли на эстраду». Ставил спектакли.
В 197-м Петросян основал Театр эстрадных миниатюр. Там он организовал Центр эстрадной юмористики, в котором было собрано множество материалов по истории эстрады: журналы, афиши и фото.
В 1985 г. окончил отделение режиссеров эстрады в ГИТИСе. И тогда же был удостоен звания "Заслуженный артист РСФСР".
С 1987-го по 2000 г. участвовал в программе «Аншлаг». А в 1988 г. стал худруком и ведущим артистом "Московского ансамбля эстрадных миниатюр".
За свою карьеру Петросян вел немало сольных передач. В 1994 г. на "Первом канале" начала выходить его авторская передача "Смехопанорама". С 2004 г. онча выходит на телеканале "Россия 1".
В 1991 году получил звание народного артиста РСФСР. В 1995 г. награжден орденом Почета - за заслуги перед государством и многолетнюю плодотворную деятельность в области искусства и культуры.
С 2002-го по 2005 г. юморист создал программу "Шутка за шуткой". Кроме того, в 2002 г. под руководством Петросяна стала выходить передача "Кривое зеркало".
В 2013 г. артист снялся в сериале "Обыкновенные дела".