Роман Петренко родился 24 октября 1964 года в Мурманске. В 1989 году окончил Калининградское высшее инженерное морское училище по специальности «Радиотехника». В 1991 году получил степень магистра делового администрирования (LETI Lovanium International Management Centre).
С 1992 по 1993 год — бренд-менеджер компании Unilever.
С 1993 года — управляющий портфелем торговых марок компании MARS.
С 1997 года — директор по маркетингу Petfoods по России и странам СНГ.
В медиабизнесе с 1998 года в качестве генерального директора телеканала СТС.
С 2002 года — генеральный директор телесети ТНТ, заместитель генерального директора Газпром-Медиа по маркетингу.
Член Академии российского телевидения.
Вице-президент Национальной ассоциации телерадиовещателей (НАТ).
Лауреат премии Медиаменеджер России 2002 года в номинации Электронные СМИ, 2004 года в номинации Телевидение и в специальной номинации 2005 года.
В октябре 2018 года Роман Петренко стал одним из управляющих директоров «Газпром-Медиа Развлекательное ТВ» и директором телеканала ТНТ, который возглавлял более десяти лет.
9 февраля 2022 года покинул должности управляющего директора «Газпром-медиа Развлекательное ТВ» и директора телеканала ТНТ, став советником генерального директора «Газпром-медиа». 28 февраля 2022 года покинул должность советника генерального директора «Газпром-медиа».