Родился 1 января 1912 года в селе Кочубеевка Чутовского района Полтавской области, в крестьянской семье. Отец - Петренко Яков Александрович (1876-1946), участник первой мировой войны, Георгиевский кавалер. Мать - Марфа Григорьевна (1880-1922). Супруга - Валентина Александровна (1919 - 1999), участник Великой Отечественной войны.
В семье Петренко было шестеро детей: три сына и три дочери. Почти все они умерли еще в молодости. Старший брат Василия Степан Яковлевич погиб на фронте в 1943 году.
В 1924 году Василий окончил сельскую начальную школу и пошел работать учеником теплотехника на сахарный завод. Был крепким, рослым, любознательным пареньком. Как другие мальчишки, мечтал стать летчиком. В августе 1929 года по рекомендации Чутовского райкома комсомола его направили в Ленинград для прохождения комиссии на пригодность к летной службе. Комиссию Василий не прошел: подвел вестибулярный аппарат.
Домой ехать было стыдно. Представитель конвойного батальона из Баку предложил не прошедшим отбор юношам поехать с ним в Азербайджан. Василий согласился и в сентябре 1929 года стал красноармейцем 12-го отдельного конвойного батальона. Через пару месяцев его направили в полковую школу 2-й Степинской стрелковой дивизии.
Уже в ту пору В. Петренко получил боевое крещение. В составе дивизии 5-й Кавказский стрелковый полк был направлен на участок советско-персидской границы в районе города Нахичевани, где принимал участие в операции по уничтожению банд националистов-мусаватистов, совершавших набеги на город Нахичевань и приграничные селения Азербайджана с территории Персии. После гибели командира отделения был назначен на эту должность.
В ноябре 1930 года состоялся выпуск в полковой школе. В. Петренко направили в Ульяновское Красногвардейское пехотное училище, и после его окончания в марте 1932 года он получил назначение в 285-й стрелковый полк в городе Златоуст на должность командира взвода. Во время посещения полка К.Е. Ворошиловым Василию, как одному из лучших снайперов полка, доверили показать ему свое умение стрелять. Справившись с волнением, Петренко выбил 43 очка при норме 35 и заслужил благодарность от народного комиссара.
В 1937 году из Златоуста В. Петренко снова перевели в Ульяновск в летно-техническое военное училище, где назначили командиром учебного взвода, а оттуда - в Саратов, преподавателем курсов усовершенствования командиров запаса. В дальнейшем Василий Петренко служил на различных должностях: командиром роты в Камышине, заместителем начальника учебного отдела, командиром учебного батальона Куйбышевского военного пехотного училища. Сразу после начала войны его назначают в Казань командиром лыжного запасного полка, где формировались батальоны для отправки на фронт.
Служба в тылу В. Петренко не устраивает. Несколько раз он пишет рапорт с просьбой об отправке его на фронт. Ответ один: «Оставить в занимаемой должности».
Только в мае 1942 года, когда в Казань прибыл член Государственного Совета Обороны Маршал Советского Союза К.Е. Ворошилов, вопрос решился. Узнав о стремлении В. Петренко попасть на фронт, он приказал ему ехать в Алатырь и принять командование одним из полков 141-й дивизии, которая отправляется на фронт.
20 июня 1942 года майор В. Петренко стал командиром 796-го стрелкового полка 141-й стрелковой дивизии и вскоре попал на фронт.
Под Воронежем дивизия вошла в оперативную группу генерала Громадина и сразу вступила в тяжелейшие бои. За четыре дня боевых действий полк Петренко потерял 757 человек, из них более 80 процентов погибли от сильного артиллерийского обстрела и постоянных налетов авиации. Сам командир полка В.Петренко был контужен, но из строя не выбыл.
На Курской дуге командующий 60-й армией генерал И.Д. Черняховский приказал сформировать из 796-го стрелкового полка и двух стрелковых бригад 226-ю стрелковую дивизию. Командиром дивизии был назначен подполковник В.Я. Петренко.
После Курской битвы его фронтовая биография продолжилась на родной Украине. Самыми тяжкими и кровавыми были бои на Днепре, на Лютежском плацдарме севернее Киева. Однако приобретенный в предыдущих боях бесценный опыт позволял В. Петренко решать новые боевые задачи.
23 сентября 1943 года еще на подходе к Днепру В.Я. Петренко получил от командира 24-го корпуса генерала Н.И. Кирюхина приказ: занять 24 сентября исходное положение на восточном берегу реки и захватить деревни Толокунская Рудня и Толокун. К исходу дня дивизия вышла к Днепру. На плотах из подручных средств переправилась на правый берег. Но захваченный плацдарм удержать не удалось. Только после третьей попытки 18 октября дивизия закрепилась на плацдарме, вела бой, находясь в окружении. Но силы фашистов иссякли, и они стали отходить.
За успешное форсирование Днепра Указом Президиума Верховного Совета СССР от 17 октября 1943 года подполковник В.Я. Петренко был удостоен звания Героя Советского Союза.
3 ноября 1943 года 226-я стрелковая дивизия вместе с другими соединениями и частями 1-го Украинского фронта перешла в наступление. 6 ноября был освобожден Киев. Особую радость командир дивизии В.Я. Петренко испытал, когда узнал, что среди отличившихся соединений фронта в приказе Верховного Главнокомандующего была названа и его 226-я дивизия. Ей было присвоено почетное наименование «Киевская». Сам Петренко получил очередное воинское звание - полковника.
226-я стрелковая дивизия стремительно продвигалась вперед. 11 ноября она овладела крупным укрепленным пунктом врага Кухары, 13-го был взят город Малин, а 17 ноября очистила от гитлеровцев город Коростень. В ходе боя за этот населенный пункт противник потерял около 200 человек убитыми, подбито 7 танков, захвачены у врага 7 орудий и 11 минометов, много другого вооружения.
18 ноября Москва салютовала героям, освободившим Коростень. В сообщении об этом прозвучало: «...особо отличилась 226-я Глуховско-Киевская стрелковая дивизия Петренко». За успешные боевые действия дивизия была награждена орденом Красного Знамени.
В дальнейшем дивизия участвует в освобождении Ровно, Луцка, Шепетовки, других населенных пунктов Правобережной Украины. За это она была награждена орденом Суворова II степени. В одном из боев В. Петренко был ранен: пуля попала в предплечье правой руки, но кость не задела. Он остался в строю, отказался от стационарного лечения.
В апреле 1944 года дивизию отправили на отдых и пополнение. Маршал Советского Союза И.С. Конев приказал полковнику В.Я. Петренко принять 107-ю стрелковую дивизию. Жалко было расставаться с прежней дивизией. Василий Яковлевич возглавлял ее 9 месяцев, командовал ею в двух битвах стратегического значения, в одной оборонительной и в трех фронтовых наступательных операциях. Двадцать самых отважных воинов дивизии удостоены звания Героя Советского Союза.
Новая 107-я стрелковая дивизия под командованием В. Петренко участвовала в Львовско-Сандомирской операции, в разгроме окруженной Бродской группировки противника, затем в Висло-Одерской операции. Вместе с другими соединениями и частями 60-й армии она содействовала освобождению концлагеря Освенцим-Бжезинка, где гитлеровцы уничтожили около 3,5 миллионов человек, в том числе около 1,5 миллионов евреев.
Некоторые авторы, стремясь опорочить подвиги советских воинов при освобождении концлагеря, делают заявления, что будто бы советские войска, перейдя в наступление с Сандомирского плацдарма, слишком медленно продвигались к Освенциму, чтобы дать гитлеровцам больше времени на уничтожение его узников и ликвидацию следов массового уничтожения людей.
В.Я. Петренко, так же как и другие воины 60-й армии, хорошо помнит, какими были те 170 километров, которые пришлось пройти за 12 суток под огнем врага от Сандомирского плацдарма до Освенцима. Им пришлось брать четыре немецких оборонительных рубежа, форсировать три реки, отразить два контрудара противника и почти ежедневно отбивать по две-три контратаки. Даже тогда, когда войска армии подошли к рубежу, от которого до лагеря оставалось всего 18 километров, им пришлось в течение трех суток вести кровопролитный бой. Это было в январе 1945 года, когда перепады температуры составляли от минус 5-7 до плюс 3-8 градусов и не было ни одного дня отдыха - каждый день, каждую ночь шли бои.
Для тех, кто отдал жизнь в боях за Освенцим, для оставшихся в живых, для всех воинов четырех дивизий, участвовавших в его освобождении, все эти фальсификации являются оскорблением.
Именно поэтому уже после войны В.Я. Петренко активно включился в общественную деятельность. С 1960 года - он участник Международных конференций, встреч и симпозиумов в Польше, США, Израиле, Бразилии, Великобритании, связанных с освобождением узников гитлеровских концлагерей. Именно он предложил ежегодно отмечать 27 января как день освобождения лагеря смерти Освенцим и международный день памяти узников нацистских концлагерей и воинов, проливших свою кровь за их освобождение из этих «фабрик смерти». В 2000 году Василий Яковлевич издал книгу «До и после Освенцима», в которой он размышляет о месте концлагерей в нацистской практике уничтожения народов.
После победоносного завершения Великой Отечественной войны в мае 1945 года В. Петренко присвоено звание генерал-майор. Тогда же последовало новое назначение: командиром 413-й стрелковой дивизии, которая дислоцировалась на границе трех государств: Германии, Польши и Чехословакии.
В январе 1946 года В. Петренко выехал на учебу в Военную академию Генерального штаба, которую окончил в 1948 году с золотой медалью и занесением его фамилии на мраморную доску.
Сразу после окончания академии В.Я. Петренко был вызван в штаб Сухопутных войск, где командующий Маршал Советского Союза И.С. Конев предложил ему принять под командование экспериментальную 37-ю гвардейскую механизированную дивизию. В годы войны, когда он командовал стрелковой дивизией, в его распоряжении не было ни одного танка. А тут предлагают сразу 250 танков и самоходных орудий. В.Я. Петренко с готовностью согласился и выехал в Ленинград.
По существовавшему положению его, как командира дивизии, включили в состав Ленинградского обкома ВКП(б). В этом качестве В.Я. Петренко стал участником печально известного пленума Ленинградского областного комитета партии 12 февраля 1949 года и непосредственным свидетелем драматических событий, связанных с так называемым «Ленинградским делом».
В августе 1951 года В.Я. Петренко был назначен заместителем командира корпуса по боевой подготовке, размещавшегося в ГДР. Спустя два с лишним года он назначен первым заместителем командира стрелкового корпуса в Узбекистане. А с августа 1955 года стал командиром 30-го горнострелкового корпуса в Таджикистане.
В 1957 году после окончания Высших академических курсов при Военной академии Генерального штаба В. Петренко назначен первым заместителем командующего 14-й армией в Кишинев. В октябре 1958 года он переведен в Москву в Военную академию имени Фрунзе. Вначале был заместителем начальника кафедры оперативно-тактической подготовки, затем начальником этой же кафедры. В 1967 году ему присвоили воинское звание генерал-лейтенанта. Он - кандидат военных наук (1961), доцент (1964), профессор (1970).
В 1987 году выйдя в отставку, оставался советником начальника академии. Его перу принадлежат более 100 научных статей, опубликованных в журналах и бюллетенях. Он - автор двух книг «Основы подготовки и ведения оборонительных операций» и «Борьба с ядерным оружием противника».
Герой Советского Союза В. Я. Петренко награжден двумя орденами Ленина, тремя орденами Красного Знамени, орденами Суворова II и III степени, Трудового Красного Знамени, Отечественной войны I и II степени, Красной Звезды, «За службу Родине в Вооруженных Силах СССР» III степени, орденом Жукова, 8 иностранными орденами, в том числе высшим польским орденом «Белого орла», многими советскими и иностранными медалями.
В прошлом увлекался рыбалкой и охотой. Любит и поныне историческую и мемуарную литературу.
Живет в Москве.