Après des études de piano et de violon au Conservatoire de Nancy, Stéphane Petitjean est admis à l’âge de 14 ans au CNSM de Paris dans la classe de Pierre Sancan où il obtient un Premier Prix de piano et de musique de chambre. Attiré par le répertoire lyrique, il devient répétiteur à l’École d’art lyrique de l’Opéra de Paris.

Il se produit en récital avec Nathalie Stutzmann, Jean-Philippe Lafont, Viorica Cortez, Natalie Dessay, Laurent Naouri…

Il est également chef de chant de nombreuses productions d’opéras (Arcal, Metz, Opéra-comique, Théâtre du Châtelet, Festival d’Aix-en-Provence), en collaboration avec des chefs tels que Pierre Boulez, Sylvain Cambreling, Christoph von Dohnany, Peter Eötvös, Armin Jordan, Kent Nagano ou Simon Rattle.

En 1997, il dirige la Chauve-Souris de J. Strauss, dans la production de l’Arcal avec Patrice Caurier et Moshe Leiser. L’année suivante, le Festival d’Aix-en-Provence l’invite à être l’assistant du chef d’orchestre David Stern et à jouer pour de nombreux récitals.

Il est également pianiste et arrangeur de l’Ensemble Sorties d’Artistes regroupant divers solistes d’orchestres parisiens avec lesquels il enregistre des disques et effectue plusieurs tournées au Japon.

En 1999, il dirige La Belle Hélène avec les solistes de l’Orchestre de Paris, avec qui il collabore toujours régulièrement.

Ardent défenseur du répertoire léger, il a récemment dirigé Phi-Phi et La Fille de madame Angot.

En septembre 2003, Kent Nagano le choisit comme chef associé sur La Damnation de Faust à l’Opéra de Los Angeles puis Falstaff en 2005. Cette même année, il dirige une nouvelle production du Balcon de Peter Eötvös aux théâtres de Besançon et de Dijon.

Sa discographie comprend également un enregistrement de mélodies inédites de Reynaldo Hahn avec Catherine Dune et Didier Henry.