Nato a Bologna il 25 febbraio 1812 da antica e benestante famiglia, Giuseppe Petroni è sin da studente attento osservatore del risorgimento.

Sin da giovane, seguendo le idee di Mazzini, aderisce alla Carboneria e alla Giovane Italia, partecipando nel 1831 ai moti di Romagna e ricevendo da Giovanni Vicini il comando di un battaglione universitario; abortito il moto rivoluzionario fu arrestato e per sei mesi condannato alla reclusione.

Nel 1833 si laurea in Giurisprudenza presso la Università di Bologna ove inizia la professione, continuandola poi a Roma, anche se nel 1844 lo si vede di nuovo protagonista con altri patrioti contro lo Stato Pontificio, sino a partecipare attivamente nel 1848 alle cinque giornate: combatterà fianco a fianco con Cattaneo, e avrà l'occasione di conoscere personalmente Mazzini.

Nel febbraio 1849 accorre a Roma come collaboratore prezioso del Triumvirato e come deputato della Costituente Romana, per reggere infine il Dicastero della Giustizia. Nell'assedio portato dagli eserciti stranieri in favore del Papa, Petroni è infaticabile nel campo di battaglia, e soccorre con affetto Manara e Mameli, affiliati come lui alla Massoneria.

Combatte a Villa Medici e al Granicolo, seguendo Garibaldi a Velletri e alimentando poi in città la cospirazione per oltre cinque anni, riuscendo a sfuggire alle innumerevoli ricerche del papato. Fu arrestato il 25 settembre 1854 solo perché sulla sua testa era stata posta una taglia, e viene rinchiuso nel carcere di San Michele, sottoposto ad un processo durato oltre due anni, e condannato alla pena capitale commutata poi in ergastolo.

Restò in carcere sino al 1860, scontandovi 16 anni di prigione, per essere liberato il 20 settembre 1870, giorno della liberazione di Roma.

Ripresa la sua attività di avvocato, di massone e di politico fonda il giornale "Roma del Popolo", dove ebbe come giovane collaboratore Ernesto Nathan. Dal 1874 al 1877 fu Maestro Venerabile della Loggia Universo di Roma, a cui aderivano personaggi illustri quali Bovio, Bartani, Crispi, De Pretis, Cairoli; viene eletto Gran Maestro Aggiunto nel 1879, e poi l'11 maggio del 1882 Gran Maestro della Massoneria Italiana subentrando a Giuseppe Mazzoni, incarico che ricoprì per tre anni.

Ritiratosi a Terni esercita la professione di avvocato e muore in questa città l'8 giugno 1888, onorato da tutti: furono diecimila le persone presenti al suo funerale, e manifesti pubblici vennero affissi dal Sindaco.