Après des études de piano et de violon au Conservatoire de Nancy, Stéphane Petitjean est admis à l’âge de 14 ans au Conservatoire National Supérieur de Musique 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’Ecole d’Art Lyrique de l’Opéra de Paris. Il se produit en récital avec Nathalie Stutzmann, Jean-Philippe Lafont, Viorica Cortez, Nathalie Dessay et Laurent Naouri.
Il est également chef de chant et assistant de nombreuses productions d’opéras, à l’ARCAL, à Metz, à l’Opéra-Comique, au Théâtre du Châtelet, au Festival d’Aix-en-Provence, à l’Opéra de Paris, à la Monnaie de Bruxelles, 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 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.
Stéphane Petitjean 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 » au Festival d’Aix-en-Provence puis de Salzbourg avec les Solistes de l’Orchestre de Paris avec qui il collabore régulièrement.
Ardent défenseur du répertoire léger, il a récemment dirigé « Phi-Phi » et « La fille de madame Angot » à l’Opéra-Théâtre de Metz.
En septembre 2003, Kent Nagano l’a choisi comme chef associé sur « La damnation de Faust » à l’Opéra de Los Angeles puis « Falstaff » en 2005.
Cette même année, il a également dirigé une nouvelle production du « Balcon » de Peter Eötvös aux théâtres de Besançon et Dijon. Sa discographie comprend un enregistrement de mélodies inédites de Reynaldo Hahn avec Catherine Dune et Didier Henry.