Muove i primi passi in radio a Popolare Network, Primavera Radio e Radio Città Futura. Poi: Adnkronos, L’Unità e il Gruppo Espresso. Nel 2008 inizia la carriera televisiva su La7: esordisce al fianco di Alessandro Sortino nel programma d’inchiesta Malpelo; per cinque stagioni è inviata sul campo di Exit, condotto da Ilaria D’Amico. Nel 2011 è finalista al Premio Ilaria Alpi con l’inchiesta La macchina del consenso. Gli intrecci tra ’ndrangheta, politica e sanità in Calabria. Inizia poi a collaborare con Corrado Formigli a Piazzapulita. Vince nel 2016 il prestigioso premio internazionale Dig Awards con il reportage Travelling with refugees (LA7, 24 settembre 2015), in cui si finge una profuga curda, vive e marcia per settimane con i migranti siriani lungo la rotta Balcanica e con loro entra in Europa dal confine con l’Ungheria. Sempre per Piazzapulita realizza reportage in Kosovo, Turchia, Mediterraneo, Belgio, Francia, Germania. Indaga sui giovani di seconda generazione che scelgono di unirsi all’Isis. Nel 2016 esordisce come co-conduttrice in Rai, insieme a Enrico Lucci, del programma Nemo- Nessuno escluso, in prima serata su Rai 2. È però contemporaneamente inviata-conduttrice, come nello spirito del format. Realizza, infatti, per Nemo diversi reportage negli Stati Uniti, Polonia, Russia, Donbass, Tunisia, Niger e Iraq. A gennaio 2017 firma e realizza con Pablo Trincia il format investigativo I cacciatori su Nove-Discovery che la porta in America Latina per indagare sul caso della Strage di Alcamo Marina (1976). Nel 2018 vince la VII edizione del Premio Pietro Di Donato con un’inchiesta sul Sistema Fincantieri. A ottobre 2019, sempre su Nove-Discovery, lancia un altro format, #Fake. La fabbrica delle notizie, programma di approfondimento giornalistico sulla piaga della disinformazione. Nel 2020 pubblica il suo primo saggio, Non chiamatele fake news (ChiareLettere), sulla matematica della disinformazione. Nel 2021 esce il suo primo podcast Complotti per Audible con il divulgatore scientifico Massimo Polidoro. Nel 2022 pubblica “Non sono d’accordo”, podcast per Il Fatto Quotidiano ideato e condotto con la filosofa Maura Gancitano. Contemporaneamente va in stampa il suo secondo saggio, Il cielo oltre le polveri. Storie, verità e menzogne sull’Ilva di Taranto questa volta con Solferino (Premio Caccuri e Premio Leogrande 2023). Nel 2023 il gruppo Gedi compra la serie originale scritta da Petrini, “Disobbedisco – Sibilla Barbieri, l’ultimo viaggio per la libertà” prodotta da OnePodcast in collaborazione con Gedi Visual in cui in esclusiva Petrini, con la sua voce vera della protagonista, racconta la battaglia della protagonista per il diritto alla libertà di scelta. La storia diventa anche uno spettacolo di teatro civile, La valigia della libertà, testo autoprodotto. A febbraio 2026 Petrini pubblica il terzo saggio: Il prezzo della libertà. Sibilla e Anna, una storia di disobbedienza (Solferino), due donne, di due classi sociali diverse ma unite da una stessa battaglia: quella per il riconoscimento dei loro diritti. Firma dal 2016 la rubrica Voci di strada su Millennium FQ, scrive per La Stampa, è opinionista tv per programmi Mediaset, È sempre CartaBianca.