Apja Petrowitz (Petrech) Tamás (1736-1817), anyja Kamhall-Salkovics Zsuzsanna (megh. 1803) volt. Kartalon, Valkón, Tótgyörkön és Domonyban nevelkedett, szlovák származásúként csak az elemi iskolában tanult meg magyarul (is) írni, olvasni, számolni. Arany János visszaemlékezése szerint „felföldi kiejtéssel, de jól beszélt magyarul”. Hithű evangélikus volt. Folytatta apja mesterségét, és ő is mészáros lett. 1815-ben Domonyban már székálló legényként dolgozott. Megkérte mestere, Bubla Mihály lányának, Teréznek a kezét, de elutasították. Előbb Nagykőrösön, majd 1816-tól két éven át Maglódon dolgozott. Itt ismerkedett meg Hruz Máriával. Apja halála után önálló lett, Aszódon vállalkozásba kezdett. 1818. szeptember 15-én vette feleségül Hruz Máriát, akivel Szabadszállásra költöztek. 1819 áprilisában letelepedési engedélyt kapott, házat vett. A házaspár 1821. november 1-jétől Kiskőrösre költözött. Petrovics három évre (1822. január 1. és 1824. december 31. között) kötött szerződést az ottani mészárszék bérbevételére. 1823. január 1-jén keresztelték meg első fiát, Sándort. 1824-ben a család újra költözött, ezúttal Kiskunfélegyházára. A következő évben megszületett második gyermeke, István. Sikeres vállalkozó lett, gyermekeit gondos neveltetésben részesítette. Az 1838-as árvíz gazdasági nehézségeket okozott neki és a hitelezők csődbe juttatták. A hosszas jogi procedúra csak 1841-ben zárult le. Anyagi gondjai miatt fiai iskoláztatását sem tudta támogatni, Sándort évekig nem látta. Dunavecsén, Kunszentmiklóson, Dömsödön újra vállalkozásba fogott. Költő fia figyelemmel kísérte szülei sorsát, Vácon orvos barátjával, majd feleségével látogatta meg őket. 1848-ban magához vette szüleit. Az apa a márciusi forradalom után felvette a Petőfi nevet. A szabadságharc kezdetén Parndorfig jutott el. Vélhetően elutazott Debrecenbe, hogy lássa unokáját. Pestisben halt meg.

Nyitra vármegyei, római katolikus nemesi család sarja volt. Elemi tanulmányai után 1821. október 10-én Privigyében lépett be a piarista rendbe. Itt és Kisszebenben nyelvtant tanított. 1825-ben Vácon filozófiát, majd 1827-ben Nyitrán, a következő évben pedig Szentgyörgyön teológiát tanult. 1828. október 11-én pappá szentelték. Az 1828/29-es tanévben a magyaróvári piarista gimnáziumban, majd két éven keresztül Temesvárott nyelvtant oktatott. Az 1832/33-as tanévtől az 1843/45-es tanévig Vácon történelmet és éremtant tanított. A pesti egyetemen doktorált bölcsészettudományból. 1845-től a debreceni piarista algimnázium igazgató-tanáraként és házfőnökként dolgozott. Képzettsége alapján 1845 és 1848 között színházi cenzor volt. Petőfi 1846. november 14-én durván összeszólalkozott vele. Utólag többféleképpen idézték fel a történetet, ám mindenki tisztelettel emlékezett Kardhordóra. 1876-ban vonult nyugdíjba. 1885. január 17-én adták át neki a Ferenc József-rend lovagi fokozatát. Teleki Sándor a Budapesti Hírlapban gratulált: „a mázsaszám adott” elismerések közt Kardhordó kitüntetése adja vissza a díjak hitelét.

Petőfi Sándor és Szendrey Júlia egyetlen gyermeke volt. Keresztszülőségét - bár nem lehettek ott a szertartáson - Arany János és felesége vállalták. Apja megírta a születés és az első hónapok történetét (Zoltán fiam életrajza hét hónapos koráig), a rövid biográfia igazságérvényét némileg tompítja, hogy a költő szerint fia kéthetes korában már felült. Több mint egyéves koráig Zoltán élete folyamatos utazás volt; ez idő alatt többen is gondozták, dajkálták. Anyja Horvát Árpáddal kötött házassága után magához vette. 1858-ban a Magyar Tudományos Akadémia posztumusz nagydíját és a vele járó 1000 forintot Petőfi Összes versei kapta. A pénzt az árvaszék kezelésébe adják. A törvényszék ez év november 30-án Petőfi Istvánt nevezte ki Zoltán gyámgondnokává. Tízéves korától a pesti piaristákhoz járt hat esztendőn keresztül. Magántanulóként sikeres, rendes diákként azonban gyenge eredményeket ért el; az 1863/64-es tanévben görögből megbuktatták. Szarvason megismételte a hatodik osztályt, majd otthagyta iskolát. Nagykőrösön és Szegeden is megbukott, illetve eltanácsolták, végül nem szerzett érettségit. Közben vissza-visszatért Mágocsra, nagybátyjához és gyámjához. 1867 és 1869 között vándorszínészkedett. A vélhetően öröklött tüdőgyengesége, az ismertséggel és a színészettel összefüggő életmód gyorsan kikezdte az egészségét. 1869-ben nagybátyja felmondta a gyámságot, és az árvaszéktől kijelölt gyám, Toldy József Rozsnyóra és a Bécs melletti Meránba küldte gyógykezelésre. Bár életvitelét jórészt ott is folytatta, kissé megerősödve tért haza. A halotti anyakönyv beírása szerint tüdőgümősödésben hunyt el. A nagyapa, Szendrey Ignác - az unoka végakaratának megfelelően - létrehozta a „Petőfi Zoltán tanulók segélyező alapítványát”. Verseit és életrajzát a Petőfi Könyvtár közölte.

Apja laborfalvi Benke József székely származású teológus, színész, tanár, anyja Rácz Zsuzsanna színésznő volt. 1833-ban lépett fel először a budai Várszínházban Komlóssy Ferenc színtársulatában. Eleinte csak kisebb szerepeket kapott, majd amikor a társulat ünnepelt színésznője, Kántorné nem tartott velük Székesfehérvárra, ott már a nagy tragika szerepeket Rózára osztották, aki sikerrel formálta meg azokat. Lendvay Mártonnal való rövid szerelmi kapcsolatából született lánya, Benke Róza (1836-1861). 1837. augusztus 22-én a Nemzeti Színház megnyitása alkalmával ő játszotta Belizárból Antóniát, ami zajos sikert aratott. 1837-től visszavonulásáig a Pesti Magyar Színház, majd a Nemzeti Színház tagjaként játszott. Legnagyobb sikereit Shakespeare drámai hősnőinek, Bánk bán Gertrúdjának, Zrínyi Annának megformálásával aratta. Petőfi színbírálataiban egyszer említette, szembeállítva a Lendvay házaspárt és az általa eszményként tisztelt Egressy párjaként fellépő Laborfalvi Rózát. Annál élesebben támadta magánemberként, amikor a legendás március 15-i estén Jókai beleszeretett. Petőfi mindent megtett a kapcsolat lerombolásáért, de hiába hozta fel Jókainak Laborfalvi Róza ellen a köztük lévő korkülönbséget, a színésznő törvénytelen gyermekét, és laza erkölcsű életét, barátja nem hallgatott rá. Petőfi még Jókai özvegy édesanyját is felkereste, aki a költő unszolására csakugyan feljött Pestre, hogy eltántorítsa fiát a tervezett házasságtól. Petőfi minden igyekezete ellenére Jókai 1848. augusztus 29-én feleségül vette Laborfalvi Rózát. A házasság Petőfi és Jókai elhidegüléséhez vezetett. A színésznő a szabadságharc után mindent megtett, hogy megóvja a férjét, Szigligeti Ede öccse révén kitöltetlen komáromi menlevelet szerzett Jókainak. (A köztudatban élő menlevéltörténet a legújabb kutatások szerint Jókai fantáziájának szüleménye.) 1859-ben visszavonult, és már csak jótékony célú előadásokon lépett fel. 1883-ban Miskolcon, fél évszázados színészi jubileumán Ferenc József koronás arany érdemkereszttel tüntette ki.