Ивайло Петров завършва гимназия в Добрич през 1942 г. След това е изпратен да служи в териториите под българска окупация в Сърбия в Нишка Баня. Там на 28 август 1944 г. цялото свързочно поделение, в което той служи, е арестувано от дотогавашните ни германски съюзници. Това става след промяната на ориентацията на България във войната, като няколко дни по-късно всички са освободени.

На 9 септември се прибира в Шумен, но след няколко месеца е мобилизиран от новите ОФ власти и е изпратен на фронта срещу германците в Унгария, където на два пъти се разминава на косъм от смъртта. Както споделя писателят, може би под влияние от тези спомени е написал "Преди да се родя и след това", което после излиза от печат под друго име: "Преди да се родя и след смъртта ми". През 1947-1949 г. е учил няколко семестъра право в Софийския университет. Учил е и графика в Художествената академия при Александър Бешков. Работил е в списание "Пламък" и вестник "Литературен фронт".

През 1949 г. е редактор в Радио София. Постъпва на работа в издателство "Български писател" през 1953 г. и оттогава се посвещава професионално на попрището си на писател и редактор.

Автор е на повече от 20 книги, повечето от които преиздавани многократно в България и чужбина: "Мъртво вълнение", "Преди да се родя и след смъртта ми", "Объркани записки", "Баронови", "Циганска рапсодия" и др. Несъмнено най-значителното му произведение е романът "Хайка за вълци" (1982), който за броени години се превръща в класика и получава наградата на Съюза на българските писатели за 1986 година.

Творбите му са преведени на беларуски, китайски, монголски, немски, руски, японски, румънски, френски, полски, словенски и др.

Петров е лауреат на Голямата награда за цялостен принос в българската книжовна култура "Христо Г. Данов" за 2002 г., на наградата "Златен век" за принос в българската култура, на наградата "Йордан Йовков" за 1990 г., на Голямата награда за литература на Софийския университет "Св. Климент Охридски" (2002) и много други.

На столичната улица "Солунска" №35 върху фасадата на дома, в който писателят Ивайло Петров е живял от 1978 г. до 2005 г. е поставена негова паметна плоча барелеф. Инициативата е във връзка с 85-ата годишнина от рождението му.

През 1994 г. е удостоен със званието Почетен гражданин на град Добрич.

През 2000 г. е удостоен с орден "Стара планина" първа степен.

Удостоен посмъртно със званието Почетен гражданин на Балчик на 24 май 2011 г.