Đầu tiên, Petri học và nghiên cứu y khoa tại Kaiser – Wilhelm – Học viện Quân y (Academy for Military Physicians) (1871–1875), và tại đây ông tốt nghiệp và nhận được bằng y khoa vào năm 1876. Ông tiếp tục việc nghiên cứu của mình tại Charité Hospital ở Berlin và tiếp tục công việc của mình như là một Dược sĩ quân y tới năm 1882.

Từ năm 1877 tới năm 1879, ông được bổ nhiệm về Phòng sức khỏe Hoàng gia (Imperial Health Office) (tiếng Đức: Kaiserliches Gesundheitsamt) ở Berlin, tại đây ông trở thành trợ lý cho Robert Koch. Từ lời đề nghị của Angelina Hesse và Walther Hesse, phòng thí nghiệm của Koch bắt đầu nuôi cấy vi khuẩn trên đĩa thạch. Petri từ đó phát minh ra phương pháp nuôi cấy trên đĩa tiêu chuẩn hay còn gọi là đĩa Petri, và ông đã nghiên cứu sâu hơn và phát triển các kỹ thuật nuôi cấy trên thạch với mục đích phân lập hay dòng hóa các khuẩn lạc vi khuẩn từ một tế bào ban đầu. Bước tiến mới này đã làm cho việc phân lập và định danh chính xác các chủng vi sinh vật gây bệnh cho người trở nên khả thi.