Выступал за юниорскую и молодёжную сборные России на Чемпионатах Мира. Лучшим для него стал молодёжный Чемпионате Мира 2010 года, где он был лидером команды по очкам, став в итоге 8-ым бомбардиром турнира и был назначен капитаном к концу чемпионата.
В 2008 году на драфте НХЛ выбран в 3 раунде под общим 73-м номером клубом «Нью-Йорк Айлендерс». Была реальная возможность того, что он присоединялся к Остравитянам в сезоне 2010/11, однако «Ак Барс» оставил Петрова в команде в соответствии с контрактом, таким образом, он должен ждать оканчания контракта, чтобы подписать соглашение с «Айлендерс».
В 2010 году был обменян в «Югру» на выбор в пятом раунде драфта КХЛ 2011 .
1. Кирилл Петров перешёл в «Югру»