У дорослому футболі дебютував 1985 року виступами за команду клубу «Стяуа», в якій провів один сезон, взявши участь лише у 2 матчах чемпіонату. За цей час виборов титул чемпіона Румунії, ставав володарем Кубка чемпіонів УЄФА.
Протягом 1986–1987 років захищав кольори команди клубу «Олт Скорнічешть», де грав на правах оренди.
Своєю грою за останню команду знову привернув увагу представників тренерського штабу клубу «Стяуа», до складу якого повернувся 1987 року. Цього разу відіграв за бухарестську команду наступні чотири сезони своєї ігрової кар'єри. Більшість часу, проведеного у складі «Стяуа», був основним гравцем захисту команди. За цей час додав до переліку своїх трофеїв ще два титули чемпіона Румунії.
У 1995 році уклав контракт з клубом «Челсі», у складі якого провів наступні п'ять років своєї кар'єри гравця. Граючи у складі «Челсі» також здебільшого виходив на поле в основному складі команди. За цей час додав до переліку своїх трофеїв титул володаря Кубка Англії, ставав володарем Кубка Кубків УЄФА, володарем Суперкубка УЄФА.
У 1989 році дебютував в офіційних матчах у складі національної збірної Румунії. Протягом кар'єри у національній команді, яка тривала 12 років, провів у формі головної команди країни 95 матчів, забивши 12 голів.
5 червня 2014 року Петреску очолив катарський клуб «Аль-Арабі», уклавши контракт на 2 роки[1]. Восени 2014 року Дан Петреску заявив, що у нього була пропозиція від «Кубані», однак він не захотів покидати «Аль-Арабі»[2]. 3 грудня 2014 року Петреску був звільнений з клубу.
10 червня 2015 підписав контракт з румунським клубом «Тиргу-Муреш», проте вже 7 липня заявив, що покидає клуб через фінансові проблеми клубу.[3] Першим і останнім офіційним матчем «Тиргу-Муреш» для Петреску стала гра за Суперкубок Румунії, виграна в «Стяуа» (1:0).
10 липня 2015 Петреску підписав контракт з китайським клубом «Цзянсу Сайнті». У сезоні 2015 року клуб під керівництвом Петреску провів 13 матчів, завершивши його на 9 місці. У сезоні 2016 року під керівництвом Петреску було проведено 20 матчів. 3 червня 2016 року Петреску покинув клуб[4].
14 червня 2016 року Петреску підписав контракт з краснодарською «Кубанню» строком на два роки[5], але 4 жовтня покинув клуб[6] — до цього моменту команда здобула три перемоги в 15 матчах і займала 14 місце з 20-ти у першості ФНЛ.
29 жовтня 2016 року очолив тренерський штаб еміратського «Ан-Насра» (Дубай).
Влітку 2017 року повернувся на батьківщину, де очолив команду «ЧФР Клуж», яку привів до перемоги у чемпіонаті Румунії 2017-18. У червні 2018 року прийняв пропозицію повернутися до Китаю, де зацікавленість у його послугах виявив клуб «Гуйчжоу Хенфен». Із цією командою пропрацював до березня 2019 року, програвши більшість з 21 проведеної за цей період гри чемпіонату.
Вже за два дні після звільнення з китайського клубу, 23 березня 2019 року, повернувся на тренерський місток «ЧФР Клуж» аби привести його до своєї другої поспіль перемоги у румунській футбольній першості.
Румунія
Володар Кубка Англії (1):
Володар Кубка англійської ліги (1):
Володар Кубка чемпіонів УЄФА (1):.png){kind=small}
Володар Кубка Кубків УЄФА (1):
Володар Суперкубка УЄФА (1):
