Герой Советского Союза (3.04.1975), Заслуженный летчик-испытатель CCCР (1970), генерал-майор авиации (1980).Родился 17 мая 1931 года в селе Мотково ныне Мошковского района Новосибирской области. Русский. Детство и юность провёл в городе Новосибирск.
В армии с июля 1949 года. В 1952 году окончил Сталинградское военное авиационное училище лётчиков (располагавшееся в городе Новосибирск). Служил в строевых частях ВВС (Прикарпатский военный округ).
В 1959-1961 годах – лётчик-испытатель истребительной авиаэскадрильи Научно-испытательного полигона №4 (Астраханская область). Участвовал в испытаниях различных крылатых ракет.
В 1961-1981 годах – на лётно-испытательной работе в Государственном Краснознамённом научно-испытательном институте ВВС (ГК НИИ ВВС). Провёл государственные испытания сверхзвуковых истребителей-перехватчиков Су-15 (в 1963-1964 годах), МиГ-25П (в 1966-1967 годах) и Су-15Т (в 1969-1970 годах), а также ряд других сложных испытательных работ на самолётах-истребителях. В 1971 году окончил Ахтубинский филиал Московского авиационного института.
За мужество и героизм, проявленные при испытании новой авиационной техники, полковнику Петрову Вадиму Ивановичу Указом Президиума Верховного Совета СССР от 3 апреля 1975 года присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» (№11410).
В 1975-1978 годах был заместителем начальника лётной службы ГК НИИ ВВС, в 1978-1981 годах – заместитель начальника ГК НИИ ВВС по лётной работе. В 1981-1993 годах работал начальником Управления лётной службы Министерства авиационной промышленности СССР (затем – Департамента авиации РФ), руководил работой всего лётно-испытательного состава отечественной авиапромышленности. С июля 1993 года – в отставке.
Жил в городе-герое Москве. Умер 31 января 2009 года.
Награждён орденами Ленина, Красной Звезды, «За службу Родине в Вооружённых Силах СССР» 3-й степени, медалями.