Attaccante centrale dotato di grande potenza e visione di gioco, Petagna nasce a Trieste il 30 giugno 1995. Compie tutta la trafila delle giovanili milaniste sin dalla categoria "giovanissimi". Il suo debutto tra i professionisti arriva all'età di 17 anni addirittura in Champions League nel match Milan-Zenit (0-1) del 4 dicembre 2012. Per l'esordio in A occorre attendere la stagione seguente quando viene stabilmente aggregato alla prima squadra: avviene infatti il 24 agosto 2013 in Hellas Verona-Milan (2-1). Tra il 2014 ed il 2016 girovaga per l'Italia indossando prima la maglia della Sampdoria che però non lo riscatta facendolo tornare al Milan. Viene girato in prestito nel luglio 2014 al Latina per passare nella finestra invernale al Vicenza. Ancora un cambio di casacca all'inizio della stagione 2015/2016, col prestito all'Ascoli. Proprio quando sembrava prospettarsi un incerto futuro arriva la grande occasione per il rilancio con l'Atalanta che, nel gennaio 2016, decide di acquisire il suo cartellino. Dopo sei mesi di ambientamento in terra orobica diviene uno degli alfieri di Gasperini nell'epica cavalcata neroblu che conduce alla qualificazione in Europa League al termine della stagione 2016/2017. Annata, quest'ultima, ricca di soddisfazioni anche azzurre. Non solo il 16 ottobre riceve la prima convocazione in Under 21 da parte del Ct Di Biagio ma riesce anche a coronare il sogno di esordire in Nazionale maggiore nell'amichevole Olanda-Italia del 28 marzo 2017. Viene inserito nel gruppo dei 23 che hanno preso parte all'Europeo Under 21 2017 in Polonia.