Ընտանիքն ապրում էր Ստեփանակերտում, բայց ավելի որակյալ բուժօգնություն ստանալու ակնկալիքով հայրը որոշեց, որ կինը պիտի ծննդաբերի Բաքվում, որտեղ էլ 1981 թվականին ծնվել է Սերգեյ Պետրոսյանը։ Մինչև 1992 թվականը սովորել է Ստեփանակերտի թիվ 8 դպրոցում, 1992-1994 թվականներին՝ Երևանի թիվ 62 դպրոցում։ 1995-ին վերադարձել են Ստեփանակերտ, որտեղ էլ 1998-ին ավարտել է տեղի Ֆիզմաթ դպրոցը։ Երևանի Մխիթար Հերացու անվան բժշկական համալսարանն ավարտելուց հետո 2004-2007 թվականներին Քանաքեռ-Զեյթուն բժշկական կենտրոնում անցել է կլինիկական արդինատուրան միկրովիրաբուժություն մասնագիտության գծով։ 2008-ին Ֆրանսիայում վերապատրաստվել է վերին վերջույթների նեղ մասնագիտությամբ։ 2008-2010 թվականներին ծառայել է Արցախի պաշտպանության բանակում։ Մատաղիսի զորամասի բուժկետի բժիշկն էր, երբ 2010-ի ամռանը դիրքերից մեկում տեղի ունեցավ հայտնի դիվերսիոն գործողությունը, որի արդյունքում հայկական կողմն ունեցավ զոհեր ու երկու տասնյակից ավելի վիրավորներ։ Ծառայությունն ավարտելուց հետո միկրովիրաբույժ Սերգեյ Պետրոսյանը 2011 թվականից աշխատել է տարբեր բժշկական կենտրոններում։ 44-օրյա պատերազմի ընթացքում անձամբ իրականացրել կամ մասնակցել է միկրովիրաբուժական շուրջ հինգ հարյուր բարդ վիրահատությունների։ Բժիշկ Պետրոսյանը խոստովանում է՝ հիվանդներին, մասնավորապես վիրավորներին, հիշում է հետվիրահատական սպիով։
Այժմ աշխատում է SMC բժշկական կենտրոնում, միաժամանակ դասավանդում է Մխիթար Գոշ համալսարանում։ Ստեփանակերտում մնացել է բժշկի հարազատ տունը, որի դուռը հայրը փակել, բանալին թողել է դռան մոտ ու Հայաստան եկել 2023-ի սեպտեմբերի 29-ին։ Ի՞նչն է օգնում կորուստներից հետո առաջ գնալուն հարցին բժիշկ Պետրոսյանը պատասխանում է՝ կորցրածը վերադարձնելու գիտակցությունը։
