Петров  – воспитанник воркутинского хоккея. Начал профессиональную карьеру в 2001 году в составе клуба Высшей лиги ХК «Липецк», где в 45 матчах набирает 14 (6+8) очков.

В сезоне 2002/03 Алексей дебютирует в Суперлиге в составе нижнекамского «Нефтехимика», где за 31 матч набирает 3 (0+3) очка.

В сезоне 2003/04 защитник вернулся в Высшую лигу в состав лениногорского «Нефтяника». Отыграв за лениногорцев 44 матча в которых набирает 4 (0+4) очка. Конец сезона 2003/04 Петров проводит в пензенском «Дизеле» – 7 матчей.

В сезоне 2004/05 Алексей Петров перебирается в Москву в «Крылья Советов». Алексей проводит в клубе из Сетуни три года, внеся свой вклад в выход команды в Суперлигу в сезоне 2005/06. За три сезона в «Крыльях» Петров набирает 39 (13+26) очков в 138 матчах, включая плей-офф.

В конце сезоне 2006/07 Петров уезжает в нижнекамский «Нефтехимик», где заканчивает сезон, сыграв 7 матчей и набрав 2 (1+1) очка.

В следующем сезоне 2007/08 Алексей проводит в составе «Нефтехимика» 37 матчей, в которых набирает 4 (2+2) очка.

В сезоне 2008/09 Алексей Петров заключает соглашение с воскресенским «Химиком». В Воскресенске Петров начинает свой первый сезон КХЛ, где проводит 41 матч, набрав 8 (3+5) очков.

В самом конце дебютного сезона КХЛ Алексей переходит из «Химика» в петербургский СКА, где в 10 матчах набирает 5 (1+4) очков. Новый виток карьеры Петрова в клубе-олигархе продолжался два с половиной года. За это время Алексей сыграл 88 матчей и набрал 14 (4+10) очков.

В сезоне 2011/12 в составе СКА Петров провел на площадке 32 матча, в которых набрал 2 (0+2) очка. 15 января 2012 года защитник был обменян в нижегородское «Торпедо» на Дмитрия Воробьева. Остаток сезона в Нижнем Новгороде принес Петрову 2 передачи в 13 матчах регулярного чемпионата и 1 гол в 9 матчах плей-офф.

5 мая 2012 года нижегородское «Торпедо» произвело обмен с питерским СКА. Алексей Петров вернулся в команду из Санкт-Петербурга, а «Торпедо» получило право первого выбора на Драфте юниоров КХЛ-2012.

С 8 августа 2012 г. – в ХК «Атлант» Московская область

2001/02 - ХК «Липецк»
2002/03, 2007/08 - «Нефтехимик» Нижнекамск
2003/04 - «Нефтяник» Лениногорск, «Дизель» Пенза
2004-2007 - «Крылья Советов» Москва
2008/09 - «Химик» Воскресенск
2009-2012 - СКА Санкт-Петербург
2012 - «Торпедо» Нижний Новгород