С 1991 по 1995 год работал юристом в компании «Прибой» в Санкт‑Петербурге. С 1995 по 2000 год вёл адвокатскую практику в Санкт‑Петербургской коллегии адвокатов. В 2000—2002 годах — доцент юридического факультета Санкт‑Петербургского государственного университета.
С августа 2002 года Юрий Петров работал в Российском фонде федерального имущества (РФФИ) советником Председателя, начальником Правового управления. 9 сентября 2004 года был назначен заместителем председателя РФФИ (координировал и контролировал деятельность Управления бухгалтерского учета и отчетности и Управления финансового контроля). Распоряжением Правительства Российской Федерации 4 октября 2004 года был назначен временно исполняющим обязанности Председателя Российского фонда федерального имущества, 12 апреля 2006 года — председателем Российского фонда федерального имущества.
26 мая 2008 года Юрий Петров назначен руководителем Федерального агентства по управлению государственным имуществом (ФАУГИ).
С июня 2008 года входит в состав совета директоров компании «Роснефть», с июня 2009 года находится в должности заместителя председателя совета.
C 14 сентября 2011 года Юрий Александрович Петров вышел из состава совета директоров компании «Роснефть». 13 сентября 2011 года Маттиас Варниг избран в состав совета директоров компании «Роснефть» вместо Юрия Александровича Петрова.
В связи с избранием депутатом Государственной Думы освобожден от должности руководителя Росимущества (Распоряжение Правительства Российской Федерации от 20 декабря 2011 г. № 2243-р).
С 2011 года - Петров Юрий является Депутатом Государственной Думы, избран в составе федерального списка кандидатов, выдвинутого Всероссийской политической партией «ЕДИНАЯ РОССИЯ».
С 18 сентября 2016 года депутат Госдумы от «Единой России» (седьмой созыв)
Комитет по природным ресурсам, собственности и земельным отношениям (Первый заместитель Председателя комитета) .
