D’une noble famille milanaise, il naquit en Gaule, où son père également nommé Pétrone fut préfet du prétoire, entre la fin du IVe et le début du Ve siècle. Il occupa d’importants postes administratifs, mais fit dès sa plus grande jeunesse preuve d’ascétisme et de grande piété. Il entreprit notamment un pèlerinage à Jérusalem, et vécut quelques temps comme ermite dans les déserts entourant la ville.
S’étant ensuite rendu à Bologne, il fut élu évêque de cette ville en 432. Il fit bâtir plusieurs édifices religieux, dont une église dédiée à saint Etienne et dont les plans s’inspiraient des sanctuaires du Golgotha et du Saint-Sépulcre.
Pétrone écrivit plusieurs ouvrages spirituels et, selon le martyrologe, « se distingua par sa doctrine, ses miracles et sa sainteté ». Il fit usage de sa fortune héritée de sa famille pour rebâtir la ville de Bologne qui avait été pillée par les Wisigoths. Il mourut à Bologne vers l’an 450.