Његов отац Ђорђе био је сомборски катихета који ће 1891. у монаштву добити име Герасим и предаваће у Богословији у Сремским Карловцима. Вељкова маjкa се звала Милева и била је кћерка сомборског пароха Јована Момировића,  умрла je неколико недеља после порођаја. Вељко Петровић је имао две старије сестре Виду и Анђу и брата Миливоја. Гимназију на мађарском језику завршио је у родном Сомбору. Године 1902. стиже у Будимпешту где је студирао право. Истовремено био је питомац првог српског колеџа, завода Саве Текелије, чувеног пештанског Текелијанума. Прве песме је почео да објављује 1905. године. Одржава пријатељске везе са Петром Коњовићем и Васом Стајићем. У пролеће 1906. године у Будимпешти са Јурајом Гашпарцем уређује месечник на мађарском језику „Croacija“ („Kроатиа“), у чијем поднаслову стоји „Хрватско-српски социополитичка, економска и књижевна месечна ревија“.

1929. уз помоћ Милоша Црњанског тадашњег члана пресбироа при Амбасади Краљевине Југославије у Берлину Вељко Петровић је боравио немачкој престоници где се упознао са водећим личностима културног живота Немачке. Дана 12. јануара 1930. Петровић у свечаној дворани београдског Универзитета, краљу Александру прочитао је своју расправу „Шумадија и Војводина“.
Почетком маја 1930. као извештач листа „Политика“ боравио је у Будимпешти и пише о Србима у Мађарској и њиховој културној баштини. Свој боравак у Будимпешти и Сентандреји поновио је 1961. године. Том приликом његов домаћин био је Стојан Д. Вујичић доајен српских књижевника у Мађарској.
Умро је у Београду 1967. а сахрањен је уз велике почасти у Алеји великана.
На књижевном плану почео је да сарађује још 1903. у „Новом Србобрану“, пишући политичке чланке, козерије, дописе и преводећи приче. Од 1905. почео је да објављује стихове, приче и књижевне чланке и белешке у „Српском књижевном гласнику“ и „Бранковом колу“, а потом и у „Делу“, „Савременику“, „Новој искри“, „Босанској вили“ и „Словенском југу“. 1912. год. је издао свеску „Родољубиве песме“, а 1914. књигу песама „На прагу“. Исте године спремио је две књиге приповедака за издања Матице српске и „Напретка“, али је у току рату рукопис изгубљен.
Тек 1920. почео је да штампа избор својих новела, у књигама:

“Буња и други из Раванграда“, предратна причања, дванаест приповедака (1921),

„Померене савести“, десет приповедака (1922),

„Три приповетке“ (1922),

„Искушење“, петнаест приповедака (1924). 1925. издала је Српска књижевна задруга избор из Петровићевих новела (Приповетке).

Петровић је написао око сто приповедака, и велик број чланака из књижевности и уметности у „Политици“, „Летопису“ итд. О стогодишњици Матице српске Петровић је уредио „Албум војвођанске уметности“ и у њему написао преглед српске уметности од краја 17. до 20. века.
Вељко Петровић је 1933. год. у децембру месецу на главној скупштини Читаонице изабран „ради заслуга у националном и културном погледу“ за њеног почасног члана.
Вељко Петровић је био члан Српске академије наука и уметности, био је председник Матице српске у Новом Саду и Српске књижевне задруге у Београду, и дугогодишњи управник Народног музеја у Београду. Претежно је писао о Војводини, њеном амбијенту и људима, а и аутор је многих чланака и студија из области књижевности и ликовних уметности уопште, посебно војвођанског сликарства XVIII и XIX века. Добитник је награде Савеза књижевника Југославије.
Мара Петровић, његова супруга, поштујући жељу Вељка Петровића, завештала је граду Београду све културно историјске вредности које су га у њиховој кући за живота окруживале. Ту су, пре свега, рукописи, преписка и библиотека Вељка Петровића, затим уметничке слике, стилски намештај и предмети примењене уметности. Легат још увек није отворен за јавност, због недостатка средстава за адаптацију породичне куће, такође поклоњене Граду, за музејску намену.

Награда установљена 2007. године се додељује за свеукупно приповедачко дело савременог писца на српском језику. Награда ће се додељивати сваке године, средином октобра, на манифестацији „Вељкови дани“, у Сомбору. Први добитник је Мирослав Јосић Вишњић.