Njegov otac Đorđe bio je somborski katiheta koji će 1891. u monaštvu dobiti ime Gerasim i predavaće u Bogosloviji u Sremskim Karlovcima. Veljkova majka se zvala Mileva i bila je kćerka somborskog paroha Jovana Momirovića, umrla je nekoliko nedelja posle porođaja. Veljko Petrović je imao dve starije sestre Vidu i Anđu i brata Milivoja. Gimnaziju na mađarskom jeziku završio je u rodnom Somboru. Godine 1902. stiže u Budimpeštu gde je studirao pravo. Istovremeno bio je pitomac prvog srpskog koledža, zavoda Save Tekelije, čuvenog peštanskog Tekelijanuma. Prve pesme je počeo da objavljuje 1905. godine. Održava prijateljske veze sa Petrom Konjovićem i Vasom Stajićem. U proleće 1906. godine u Budimpešti sa Jurajom Gašparcem uređuje mesečnik na mađarskom jeziku „Croacija“ („Kroatia“), u čijem podnaslovu stoji „Hrvatsko-srpski sociopolitička, ekonomska i književna mesečna revija“.
1929. uz pomoć Miloša Crnjanskog tadašnjeg člana presbiroa pri Ambasadi Kraljevine Jugoslavije u Berlinu Veljko Petrović je boravio nemačkoj prestonici gde se upoznao sa vodećim ličnostima kulturnog života Nemačke. Dana 12. januara 1930. Petrović u svečanoj dvorani beogradskog Univerziteta, kralju Aleksandru pročitao je svoju raspravu „Šumadija i Vojvodina“.
Početkom maja 1930. kao izveštač lista „Politika“ boravio je u Budimpešti i piše o Srbima u Mađarskoj i njihovoj kulturnoj baštini. Svoj boravak u Budimpešti i Sentandreji ponovio je 1961. godine. Tom prilikom njegov domaćin bio je Stojan D. Vujičić doajen srpskih književnika u Mađarskoj.
Umro je u Beogradu 1967. a sahranjen je uz velike počasti u Aleji velikana.
Na književnom planu počeo je da sarađuje još 1903. u „Novom Srbobranu“, pišući političke članke, kozerije, dopise i prevodeći priče. Od 1905. počeo je da objavljuje stihove, priče i književne članke i beleške u „Srpskom književnom glasniku“ i „Brankovom kolu“, a potom i u „Delu“, „Savremeniku“, „Novoj iskri“, „Bosanskoj vili“ i „Slovenskom jugu“. 1912. god. je izdao svesku „Rodoljubive pesme“, a 1914. knjigu pesama „Na pragu“. Iste godine spremio je dve knjige pripovedaka za izdanja Matice srpske i „Napretka“, ali je u toku ratu rukopis izgubljen.
Tek 1920. počeo je da štampa izbor svojih novela, u knjigama:
“Bunja i drugi iz Ravangrada“, predratna pričanja, dvanaest pripovedaka (1921),
„Pomerene savesti“, deset pripovedaka (1922),
„Tri pripovetke“ (1922),
„Iskušenje“, petnaest pripovedaka (1924). 1925. izdala je Srpska književna zadruga izbor iz Petrovićevih novela (Pripovetke).
Petrović je napisao oko sto pripovedaka, i velik broj članaka iz književnosti i umetnosti u „Politici“, „Letopisu“ itd. O stogodišnjici Matice srpske Petrović je uredio „Album vojvođanske umetnosti“ i u njemu napisao pregled srpske umetnosti od kraja 17. do 20. veka.
Veljko Petrović je 1933. god. u decembru mesecu na glavnoj skupštini Čitaonice izabran „radi zasluga u nacionalnom i kulturnom pogledu“ za njenog počasnog člana.
Veljko Petrović je bio član Srpske akademije nauka i umetnosti, bio je predsednik Matice srpske u Novom Sadu i Srpske književne zadruge u Beogradu, i dugogodišnji upravnik Narodnog muzeja u Beogradu. Pretežno je pisao o Vojvodini, njenom ambijentu i ljudima, a i autor je mnogih članaka i studija iz oblasti književnosti i likovnih umetnosti uopšte, posebno vojvođanskog slikarstva XVIII i XIX veka. Dobitnik je nagrade Saveza književnika Jugoslavije.
Mara Petrović, njegova supruga, poštujući želju Veljka Petrovića, zaveštala je gradu Beogradu sve kulturno istorijske vrednosti koje su ga u njihovoj kući za života okruživale. Tu su, pre svega, rukopisi, prepiska i biblioteka Veljka Petrovića, zatim umetničke slike, stilski nameštaj i predmeti primenjene umetnosti. Legat još uvek nije otvoren za javnost, zbog nedostatka sredstava za adaptaciju porodične kuće, takođe poklonjene Gradu, za muzejsku namenu.
Nagrada ustanovljena 2007. godine se dodeljuje za sveukupno pripovedačko delo savremenog pisca na srpskom jeziku. Nagrada će se dodeljivati svake godine, sredinom oktobra, na manifestaciji „Veljkovi dani“, u Somboru. Prvi dobitnik je Miroslav Josić Višnjić.
