Nació en Escocia pero emigró a Canadá a la edad de cinco años. Creció en Victoria, Columbia Británica y estudió física y matemáticas en la Universidad de Columbia Británica . Comenzó a trabajar en trabajos de verano en el Observatorio Astrofísico Dominion y quedó fascinado con la astronomía .
Obtuvo su Ph.D. en la Universidad de Michigan en 1932. Enseñó allí hasta 1935, cuando se unió al personal del Observatorio Astrofísico Dominion. En 1951 se convirtió en su director.
El cráter Petrie en la Luna lleva su nombre. La Sociedad Astronómica Canadiense estableció la Conferencia del Premio RM Petrie para honrar su investigación astrofísica.