Народився в Києві у дворянській родині військового царської армії. Батько Всеволода Микола Вернер-Петров, уродженець Петербурга, був капітаном російської армії (пізніше генерал-майором), дід якого як вояк Карла ХІІ брав участь у Північній війні, потрапив у полон до російського царя Петра І, від чого й отримав прізвище Петров. Мати Олександра була норвезького походження з дому Строльман, народжена в селі Бурти на Чернігівщині. Закінчив Київський кадетський корпус (1900), Павловське вище військове училище в Петербурзі (1902), Миколаївську академію Генерального штабу (1910).
З жовтня 1910 року — командир роти 165-го піхотного Луцького полку (Київ).
З жовтня 1912 року — молодший ад'ютант штабу Київської військової округи.
З лютого 1913 року — старший ад'ютант штабу 42-ї піхотної дивізії(Київ).
З 15 вересня 1914 року — в.о. штаб-офіцера для доручень штабу XXIV армійського корпусу.
З березня 1915 року — в.о. штаб-офіцера для доручень штабу X армійського корпусу.
З жовтня 1915 року — підполковник.
З 9 травня 1916 року — начальник штабу 7-ї Туркестанської стрілецької дивізії.
З березня 1917 року — полковник.
У 1917 році брав активну участь в українському русі на Західному фронті. Протягом 15-24 листопада 1917 року організував з українців Західного фронту полк ім. Костя Гордієнка, на чолі якого незабаром прибув до Києва, де брав активну участь у вуличних боях проти більшовиків.
З 9 лютого 1918 року — командир 3-го Запорізького куреня військ Центральної Ради, який після здобуття Києва 17 березня 1918 року був розгорнутий у 1-й Запорізький ім. кошового К. Гордієнка полк кінних гайдамаків, що входив у Запорізький корпус Армії УНР.
З червня 1918 року — у розпорядженні начальника Генерального штабу Української Держави.
З 29 липня 1918 року — начальник штабу 12-ї пішої дивізії Армії Української Держави.
З жовтня 1910 року — командир роти 165-го піхотного Луцького полку (Київ).
З жовтня 1912 року — молодший ад'ютант штабу Київської військової округи.
З лютого 1913 року — старший ад'ютант штабу 42-ї піхотної дивізії(Київ).
З 15 вересня 1914 року — в.о. штаб-офіцера для доручень штабу XXIV армійського корпусу.
З березня 1915 року — в.о. штаб-офіцера для доручень штабу X армійського корпусу.
З жовтня 1915 року — підполковник.
З 9 травня 1916 року — начальник штабу 7-ї Туркестанської стрілецької дивізії.
З березня 1917 року — полковник.
Коли 1920 року українське військо змушено опинилося в таборах для інтернованих, однією із вимог «союзників» була здача особистої зброї. Коли черга підійшла до генерала-хорунжого армії УНР Всеволода Петріва, він не віддав своєї шаблі полякам — демонстративно переламав її власними руками.
30 червня 1941 року у Львові після проголошення революційним крилом ОУН (Бандери) Українського Уряду на чолі з Я.Стецьком увійшов до складу цього уряду як військовий міністр. Під час Другої світової війни брав активну участь у різних переговорах з німцями щодо долі України та українців. Кілька разів отримував пропозиції очолити Українське Визвольне Військо (1943) та Українську Національну Армію (1945), але відмовлявся. Був одним із найближчих радників командувача Української Національної Армії П.Шандрука.
З 1945 року перебував на еміграції у Західній Німечині. Помер у таборі для переміщених осіб у Регенсбурзі.