Георгий Иванович Петров родился 31 мая (18 мая по старому стилю) 1912 года в городе Пинега Архангельской губернии, в семье политических ссыльных — Ивана Михайловича и Анастасии Даниловны Петровых. Студента Московского Императорского университета (ныне МГУ им. М.В. Ломоносова), Ивана Петрова отправили на поселение в Пинегу за неблагонадежное поведение — он участвовал в волнениях студентов Московского университета в 1910 году. Мать Георгия Ивановича, медицинская сестра Анастасия, была сослана за организацию побега политзаключённых из Новинской женской тюрьмы.
В 1913 году семья Петровых переехала во Владимир, где мать работала акушеркой и медсестрой, а отец давал уроки. После февральской революции 1917 года Георгий с матерью жили в Иваново-Вознесенске (ныне Иваново) — родном городе отца. В 1919 году И.М. Петров отбыл на Восточный фронт с отрядом М.В. Фрунзе и в том же году умер в Саратове. В 1922 году Георгий поступил в школу. Окончил ее в 1928 году и начал работать на ткацкой фабрике им. 8 Марта учеником ткача. Одновременно занимался на курсах подготовки в ВУЗ и участвовал в работе местного аэроклуба.
В 1930 году Георгий Петров приехал в Москву и поступил на отделение механики физико-математического факультета МГУ (механико-математический факультет с 1933 года). После создания в 1932 году кафедры аэромеханики, которую возглавил Владимир Васильевич Голубев, Георгий Петров стал ее студентом. Сотрудничал в ОСОАВИАХИМе, где познакомился с будущим выдающимся авиаконструктором О.К. Антоновым, организовал в Университете планерный кружок.

В 1934 году, еще студентом, Г.И. Петров начал научную работу в лаборатории ЦАГИ, которой руководил академик Сергей Алексеевич Чаплыгин. Бессменный председатель Коллегии ЦАГИ, блестящий математик и механик, Чаплыгин многие годы руководил знаменитым семинаром Общетеоретической Группы — ОТГ ЦАГИ. Георгий Петров, распределенный в ЦАГИ после окончания учебы в 1935 году, был активным участником семинара. В Институте была создана уникальная атмосфера плодотворного труда энтузиастов, первопроходцев в ряде направлений науки, оказавшая определяющее влияние на творчество молодых ученых, в том числе и на Л.И. Седова, С.А. Христиановича, М.В. Келдыша и Г.И. Петрова. Этим ЦАГИ обязан именам поистине выдающихся людей: Н.Е. Жуковского, С.А. Чаплыгина, В.П. Ветчинкина, В.В. Голубева, А.И. Некрасова, Н.Е. Кочина, А.Н. Туполева, Б.Н. Юpьева, Л.С. Лейбензона, М.А. Лаврентьева и других.
В 1935–41 годах Г.И. Петров работал в ЦАГИ: вначале инженером, потом старшим инженером, заместителем начальника лаборатории и начальником группы. Научные интересы Георгия Ивановича были связаны с проблемами аэродинамики и гидродинамики. В конце тридцатых годов Г.И. Петров опубликовал цикл работ, которые стали классикой теории гидродинамической устойчивости. В частности, Георгий Иванович предположил и обосновал некоторое обобщение знаменитого метода Бубнова–Галеркина, пригодное для неконсервативных систем. Эти работы (по отзыву М.В. Келдыша, хранящемуся в Научно-мемориальном музее Н.Е. Жуковского в ЦАГИ) оказались интересны в существенно более широком круге вопросов и вызвали целый ряд других исследований в области устойчивости течений жидкости. В дальнейшем обобщение метода Бубнова–Галеркина получило название метода Галеркина–Петрова.

Перед войной, в 1941 году, Г.И. Петров защитил кандидатскую диссертацию.

В годы Великой Отечественной войны деятельность Г.И. Петрова была связана с оборонной тематикой — специалисты привлекались к испытаниям опытных или модифицируемых образцов самолетов и двигателей. В 1941–42 годах с частью лабораторий ЛИИ МАП и ЦАГИ Георгий Иванович работал в области совершенствования аэродинамических характеристик самолетов (в Жуковском, а также в Казани и Новосибирске, куда в начале войны были эвакуированы многие подразделения ЛИИ). Улучшенные по рекомендациям Г.И. Петрова выхлопные патрубки (их назвали реактивными патрубками) были применены на самолетах Як-3 и Ла-5 (с двигателем М-82, модификация ЛаГГ-3) и позволили увеличить скорость этих истребителей, сыгравших важную роль в ходе войны. В 1942 году Георгий Иванович вернулся в Москву, в ЦАГИ, где участвовал в испытаниях новой боевой техники.

В 1944–52 годах Г.И Петров работал начальником отдела филиала ЦИАМ. После войны инженеры и ученые Института приняли активное участие в работах над первым поколением турбореактивных двигателей. Георгий Иванович возглавлял работы по исследованию проблемы эффективного торможения сверхзвукового потока во входных диффузорах воздушно-реактивных двигателей. В 1947 году Георгий Иванович предложил оригинальную идею плоского регулируемого сопла, у которого разгонный участок контура исполняется жестким, а выравнивающий — гибким. По предложенной Г.И. Петровым весьма эффективной методике были изготовлены регулируемые сопла ряда сверхзвуковых труб в нашей стране.

За цикл исследований по этой тематике Г.И. Петрову в 1949 году была присуждена Сталинская (Государственная) премия первой степени. В 1950 году Г.И. Петров защитил докторскую диссертацию.

В 1953 году Г.И Петров возглавил знаменитую газодинамическую лабораторию № 4 НИИ-1 (НИИ ТП), в которую в свою очередь входили три отдела и несколько лабораторий. Заместителем директора и научным руководителем Института с 1946 по 1961 год был М.В. Келдыш, именем которого НИИ ТП называется сейчас; подразделения, подобные лаборатории № 4, стали в Центре Келдыша Отделениями. В 1961 году заместителем директора по науке стал Георгий Иванович Петров (1961–66), а затем его ученик — Всеволод Сергеевич Авдуевский (1966–73).
НИИ-1 стал научно-исследовательской базой разработок Сергея Павловича Королева. Институт отвечал за решение практических задач ракетостроения. Г.И Петров возглавил исследования по тепловой защите — проблемам сверхзвукового обтекания, теплообмена и тепловой защите тел, движущихся в атмосфере с большими сверхзвуковыми скоростями. В лаборатории № 4 была создана не имевшая аналогов экспериментальная база: гиперзвуковые аэродинамические трубы, баллистические стенды для изучения обтекания свободно летящих тел, высокотемпературные установки для прожига образцов теплозащитных материалов, высокотемпературные газодинамические экспериментальные установки со специально разработанными электродуговыми нагревателями большой мощности и другие. Полученные под научным руководством Георгия Ивановича фундаментальные результаты экспериментальных и теоретических исследований были использованы при разработке методов тепловой защиты первых отечественных спускаемых космических аппаратов. Именно в это время Г.И Петров заинтересовался входом в атмосферу малых тел Солнечной системы, чьи орбиты пересекаются с орбитой Земли — единственным природным явлением, связанным с движением тел в атмосфере Земли с большими сверхзвуковыми скоростями.
Первыми спускаемыми аппаратами, для которых проблема тепловой защиты при входе в атмосферу стала играть принципиальное значение, были головные части баллистических ракет дальнего действия, впервые создаваемые в нашей стране в начале 50-х годов для доставки ядерных зарядов на межконтинентальные расстояния. Деятельность Георгия Ивановича в этом направлении по понятным соображениям не получила в свое время освещения в научной литературе. Значительный вклад Г.И. Петрова в создание научных основ для решения этой впервые возникшей в истории мировой техники комплексной научно-технической проблемы, сыгравшей важную роль в достижении ядерного паритета в развернувшейся в послевоенные годы холодной войне, известен лишь в узких научных кругах. Список открытых научных публикаций Георгия Ивановича был краток. Часть работ удалось рассекретить и издать лишь к его 80-летию в 1992 году (Петров Г.И. Избранные труды. Аэромеханика больших скоростей и космические исследования / под ред. Ю.В. Чудецкого // М., Наука, 1992. 306 с.). Тем не менее, исследования Г.И. Петрова, вместе с С.П. Королевым и М.В. Келдышем стоявшего у истоков космонавтики, нашли широкое применение и принесли ему заслуженное признание.

В 1953 году Г.И. Петров был избран членом-корреспондентом, а в 1958-ом, по представлению академиков М.В. Келдыша и С.П. Королева, - действительным членом Академии наук СССР.

В 1954 году в ОКБ-1 под руководством Сергея Павловича Королёва начались непосредственные работы по созданию ракеты Р-7. Двухступенчатая «семёрка» была способна доставить полезный груз на расстояние 9 000 км. Г.И. Петров неоднократно выезжал на запуски, а в дальнейшем и на приземления космических аппаратов, принимал участие в экспертизах ряда важнейших объектов ракетно-космической техники. Задуманная и эксплуатировавшаяся как боевая, ракета Р-7 имела надёжную и удачную конструкцию, обладала энергетическими возможностями, позволяющими вывести в космос (на околоземную орбиту) полезную нагрузку значительной массы.

За работу по космической тематике в эти годы Г.И. Петров был награжден Орденом Ленина (1956) и Орденом Трудового Красного Знамени (1957) с формулировкой: за научную деятельность и успешное выполнение правительственного задания.

На базе «семерки» создано целое семейство ракет-носителей среднего класса, внесших большой вклад в освоение космоса. С их помощью были выведены в космос первый искусственный спутник и первый спутник с живым существом — собакой Лайкой на борту, первый пилотируемый человеком корабль, автоматическая станция «Луна-9», выполнившая первую мягкую посадку на Луну, и многие, многие другие. И сейчас все пилотируемые запуски России осуществляются ракетами семейства Р-7.
Проблема защиты от перегрева и разрушения для возвращаемых с орбиты аппаратов стала особенно острой при подготовке полетов человека в космос и дальнейшем исследовании планет Солнечной системы. 19 августа 1960 года собаки Белка и Стрелка стали первыми живыми существами, совершившими орбитальный полёт и возвратившимися на Землю благополучно. Полет, продолжавшийся более 25 часов, позволил получить уникальные научные данные о влиянии космических факторов на физиологические, генетические и цитологические системы живых организмов. Без идеальной теплозащиты спускаемого аппарата получить такие данные не представлялось возможным.
12 апреля 1961 года космонавт Юрий Алексеевич Гагарин выполнил первый пилотируемый полет в космосе. Роль тепловой защиты в обеспечении безопасного пилотируемого полета невозможно переоценить. В период создания кораблей «Восток» Георгий Иванович был уже в ОКБ-1 официальным научным руководителем по вопросам теплообмена и теплозащиты космических аппаратов. При расчете толщины лобовой теплозащиты были использованы накопленные экспериментальные данные и введены дополнительные запасы в обеспечение гарантированной надежности, поскольку весь масштаб запасов по толщине теплозащиты лобовой поверхности спускаемого аппарата стал ясен лишь после возвращения на Землю из космоса беспилотного предшественника корабля «Восход».

В 1961 году за большие успехи, достигнутые в развитии ракетной промышленности, науки и техники, и успешное осуществление первого в мире полета Советского человека в космическое пространство на корабле-спутнике «Восток» Георгию Ивановичу Петрову было присвоено звание Героя Социалистического Труда с вручением ордена Ленина и Золотой звезды «Серп и Молот» (Указ от 17 апреля 1961 года).
В том же 1961 году Г.И. Петров был удостоен золотой медали и премии 1-ой степени им. Н.Е. Жуковского за исследования по профилированию сверхзвуковых сопел.
30 мая 1962 года был подписан Указ Президиума Верховного Совета СССР № 144-VI о награждении академика Г.И. Петрова орденом Ленина «За большие успехи в области аэромеханики и газовой динамики больших скоростей».

В начале 1950-х годов возобновилась связь Г.И. Петрова с Московским государственным университетом, игравшим значительную роль в его творческой биографии. Эта связь, начавшаяся в 1930-ом году, сохранялась до последних дней Георгия Ивановича. В 1952 году Г.И. Петров стал профессором кафедры аэромеханики на отделении механики физико-математического факультета МГУ, а в 1955 году он был приглашен ректором МГУ заведовать этой кафедрой. Георгий Иванович предложил ее новое название — кафедра аэромеханики и газовой динамики — и расширил спектр проблем, которыми занимались здесь.
Одновременно с заведованием кафедрой Г.И. Петров руководил газодинамической лабораторией № 4 в НИИ ТП, работал заместителем директора по науке этого Института и возглавлял Институт космических исследований АН СССР. Совмещение этих работ: преподавательской в МГУ и научно-исследовательской в институтах — способствовало тому, что на кафедре Георгий Иванович ставил актуальные задачи, рожденные в научных коллективах и требуемые самой практикой. По инициативе и под руководством Г.И. Петрова на кафедре возникли такие направления исследований, как кинетическая теория газов, динамика плазмы, радиационная газовая динамика, физико-химическая гидродинамика. После назначения на должность директора ИКИ Георгий Иванович стал активно привлекать коллектив кафедры к решению задач космической газовой динамики: истечение солнечного ветра, обтекание им магнитосферы Земли и взаимодействие солнечного ветра с межзвездной средой, нелинейные явления в гидродинамике планетных атмосфер.
Замечательной школой для учеников Г.И. Петрова стали руководимые Георгием Ивановичем семинары в МГУ: на кафедре, в ИМех МГУ и ВЦ МГУ, пользовавшиеся широкой известностью и популярностью среди научных работников не только Москвы, но и других городов страны. Детищем Георгия Ивановича был «НеЗаТеГиУс» — аббревиатура названия зимней школы–семинара по Нелинейным Задачам Теории Гидродинамической Устойчивости, за которую ему благодарно не одно поколение ученых. В ней принимали участие математики, механики, физики, астрономы, геофизики… Первая школа НеЗаТеГиУс была проведена в 1976 году; 25-летие НеЗаТеГиУс’а совпало с 90-летием Г.И. Петрова. 100-летнему юбилею Георгия Ивановича был посвящен НеЗаТеГиУс 2012 года.

Институт космических исследований АН СССР был создан на основании Постановления Совета Министров СССР от 15 мая 1965 года № 392-147 как «головной академический Институт по исследованию и использованию космического пространства в интересах фундаментальных наук». Его организатором и первым директором стал академик Г.И. Петров (1965-73). На этот пост Георгия Ивановича пригласил тогдашний президент АН СССР академик М.В. Келдыш: во-первых, он хорошо знал Г.И. Петрова по совместной работе в ЦАГИ и НИИ-1; а во-вторых, ему хотелось по возможности теснее объединить космическую науку и технику. Георгий Иванович, мог взяться за решение многих неординарных вопросов, критически осмысливая предложения и разработки ученых-физиков с учетом реальных возможностей и перспектив развития космических технологий.
Создавая «костяк» Института и стараясь охватить как можно более широкий спектр разделов науки о космосе и космических исследованиях, Г.И. Петров пригласил для работы в Институте многих известных ученых из ведущих научных центров страны. В Институте создавалась и развивалась вычислительная база для обработки научной информации, закупались все более быстродействующие машины. Были созданы службы главного инженера, занимающиеся изготовлением научных приборов, и велись работы по созданию контрольно-измерительных стендов. К середине 70-х годов завершилось строительство контрольно-испытательной и лабораторно-испытательной станций, КИС и ЛИС, которые и сегодня активно используются для испытания космических приборов. Институт сформировал свои подразделения на космодромах — для организации и участия в заключительных испытаниях научной аппаратуры перед запуском космического аппарата. Институту было подчинено Особое конструкторское бюро (ОКБ ИКИ) в г. Фрунзе — мощная конструкторская организация со своим опытным производством, где выполнялись необходимые для Института работы по созданию научной аппаратуры. Деятельность Г.И. Петрова — директора ИКИ пришлась на конец 60-х — начало 70-х гг. Именно к этому периоду относятся крупные достижения СССР в исследованиях Луны и планет, околоземного космического пространства, пилотируемых полетах. В 1966 году была успешно осуществлена посадка «Луны-9» и переданы первые панорамы лунной поверхности, совершена мягкая посадка «Луны-13», при помощи которой были впервые проведены исследования физико-химических свойств лунного грунта. В октябре 1967 г. космический аппарат «Венера-4» вошел в атмосферу Венеры и осуществил спуск на парашюте, во время впервые были напрямую измерены параметры атмосферы планеты. Более того, начиная с «Венеры-7» в 1970 г. и до 1986 г. было совершено 10 успешных посадок на Венеру аппаратов, конструкция которых обеспечивала работоспособность и возможность активного функционирования в крайне тяжелых условиях окружающей среды. Успешный полет космических аппаратов «Венера-13» и «Венера-14» (1981), успешная посадка на поверхность Венеры — блестящий эксперимент. Все, что было задумано, получилось. Это было бы невозможно без обеспечения требуемых тепловых режимов аппаратов при перелете и посадке. Проблемы входа космических аппаратов в атмосферу Земли и теплозащиты спускаемых аппаратов — одни из сложнейших в космической технике. Вклад академика Г.И. Петрова, его сотрудников и учеников в решение проблемы теплозащиты огромен.
Благодаря усилиям Г.И. Петрова большое развитие получила программа исследований околоземного космического пространства в рамках многоцелевых программ «Космос» и «Интеркосмос» с помощью аппаратов, созданных на базе унифицированных платфср, а в апреле 1972 года был запущен первый из серии высокоорбитальных спутников «Прогноз», что положило начало детальному изучению магнитосферы Земли и солнечно-земных связей. К этому же периоду относится начало работ по дистанционному зондированию Земли из космоса практически во всех спектральных интервалах — от ультрафиолетового до микроволнового.

20 июля 1971 года был подписан Указ Президиума Верховного Совета СССР о награждении академика Г.И. Петрова орденом Трудового Красного Знамени «За большие заслуги в развитии советской науки и техники, внедрение результатов исследований в народное хозяйство».

В должности директора Института Георгий Иванович Петров проработал восемь лет, с 1965 по 1973 год; в 1973–87 годах он заведовал отделом космической газодинамики ИКИ.

Г.И. Петров развивал разные направления науки о космосе по очень широкой тематике. Большое внимание Георгий Иванович уделял разделу науки, одним из основателей которого был сам, — космической газовой динамике, а также принимал деятельное участие в становлении новой научной дисциплины — физики и механики невесомости. Г.И. Петров выявил новую, взрывную, форму входа в атмосферу космического объекта, не дающую, в отличие от случая обычных метеоритов, видимых следов распавшегося тела, — с этим связана оригинальная идея Георгия Ивановича относительно проблем торможения метеорных тел при входе в атмосферы планет и, в частности, знаменитого Тунгусского явления 1908 года. Она состоит в том, что наряду с обычными каменными и железными метеоритами, остатки которых обнаруживают на поверхности Земли, из космического пространства в атмосферу могут входить тела, обладающие существенно более низкой плотностью. Эта идея вызвала повышенный интерес специалистов к проблеме светимости метеорных тел при их движении в атмосфере Земли. Позднее, в течение длительного времени, Г.И. Петров проявлял устойчивый интерес к проблемам образования и эволюции метеоритных кратеров на поверхности Луны и планет земной группы — его привлекала возможность «заглянуть» в ранние этапы формирования и эволюции Солнечной системы.
В 1977 году Георгий Иванович был утвержден председателем Научного совета АН СССР по проблемам Луны и планет (Постановлением Президиума АН СССР от 20 января 1977 года) и принимал деятельное участие в разработке программ по изучению Луны, Венеры и Марса. Г.И. Петров был членом Международной астронавтической федерации, МАФ (International Astronautical Federation, IAF). Г.И. Петрова также был членом редакционных коллегий академических журналов «Прикладная математика и механика» и «Космические исследования», до конца своих дней оставался главным редактором основанного им и широко известного научной общественности журнала «Механика жидкости и газа».

13 мая 1987 года Георгия Ивановича не стало. Ему было всего 74 года.

В 1988 году на здании знаменитой газодинамической лаборатории № 4 Центра Келдыша, где Г.И. Петров работал в 1953-65 годах, установлена мемориальная доска. Часть работ Георгия Ивановича удалось рассекретить и в 1992 году к его восьмидесятилетию был издан сборник Избранные труды. Аэромеханика больших скоростей и космические исследования под редакцией Ю.В. Чудецкого. Широкий спектр важных научных направлений, основанных Георгием Ивановичем, живет и развивается его соратниками, учениками и учениками его учеников. Это, прежде всего, ряд направлений в НИИ ТП, Институте космических исследований РАН, Институте проблем механики РАН, Институте механики МГУ, в НИИ ВЦ МГУ, на кафедре аэромеханики и газовой динамики механико-математического факультета МГУ…

В 1997 году (к 85-летию Георгия Ивановича) Национальный комитет РАН по теоретической и прикладной механике учредил для российских ученых премию имени академика Г.И. Петрова за выдающиеся работы в области теории гидродинамической устойчивости и турбулентности. Учреждена большая памятная медаль и малая медаль с портретом Георгия Ивановича на аверсе. Премия вручается на Международной зимней конференции НеЗаТеГиУс, которая и сейчас, через четверть века после ухода Георгия Ивановича, традиционно собирается раз в два года в ближнем Подмосковье.

В 2012 году, к 100-летию Г.И. Петрова, мемориальная доска установлена при входе в помещение на кафедру аэромеханики и газовой динамики механико-математического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, которой Г.И. Петров заведовал в 1955–87 годах.

30–31 мая 2012 года в ИКИ и ИПМех РАН будет проведена международная конференция «Гидроаэродинамика и космические исследования», посвященная 100-летию академика Г.И. Петрова. В Институте космических исследований издан сборник «Георгий Иванович Петров. 100 лет со дня рождения». М.: ИКИ РАН, 2012. 128 с., в котором представлена научная биография академика Г.И. Петрова.

Поколение Г.И. Петрова, пришедшее в науку в 30-е годы прошлого столетия, дало целую плеяду крупнейших ученых-механиков. Именно им мы обязаны огромными научно-техническими достижениями ХХ века. Некоторые из этих достижений — поистине великие — повлекли за собой начало космической эры человечества и повлияли на ход развития цивилизации.