Первым учителем в балетном классе стал его отец, который там преподавал. На сцену Мариус Петипа впервые вышел в Брюсселе в 1830 году. В шестнадцать лет он уже был танцовщиком и балетмейстером в Нанте, через год он с отцом отправился в турне в Нью-Йорк. После турне Мариус Петипа вернулся во Францию и начал заниматься у знаменитого хореографа Вестриса. Уже через два месяца после начала занятий он стал танцовщиком, а немного погодя — и балетмейстером в балетном театре города Бордо. С этого времени он сменил много трупп и театров.

 В 1845–1846 годах он служил танцовщиком и балетмейстером в Мадриде, а в 1847 году его пригласили работать в России.
Первое же выступление Мариуса Петипа на русской сцене было чрезвычайно успешным. На нем присутствовал Николай I, которому так понравился артист, что он подарил ему именной перстень с бриллиантами. 

Мариус Петипа выступал как «танцор-мим». Он танцевал Люсьена д'Эрвильи в «Пахите», Фабио в «Сатанилле», Феба в «Эсмеральде», Конрада в «Корсаре». В том же 1847 году Петипа дебютировал и как хореограф, поставив два балета Мазилье — «Пахиту» и «Сата ниллу».
С 1855 года Петипа начал преподавать в Петербургском театральном училище, а впервые выступил как балетмейстер в России в 1858 году, поставив одноактный балет «Брак во времена регентства» Пуни. Первой большой постановкой Петипа была «Дочь Фараона» (1862). 

После отъезда Сен-Леона в 1869 году и по 1903 год Петипа был главным балетмейстером петербургской балетной труппы. Он поставил более 60 балетов. Но все его заслуги не помогли, когда из-за конфликта с директором императорских театров Петипа вынужден был покинуть театр. Но и после ухода он помогал артистам советами, за которыми к нему постоянно обращались.
Петипа является одним из родоначальников современного балета. 

В танцовщике он видел прежде всего актера, который должен был передать переживания героя средствами танца, поэтому для каждого артиста он подбирал определенные движения, позволявшие раскрыть образ. Таким образом, он превратил балет из искусства принимать определенные позы в хореографическое повествование.
В те времена музыка играла лишь вспомогательную роль в балете, Петипа же сделал ее средством для более яркого выражения идеи. С этой целью он обратился к постановкам балетов на симфоническую музыку, а следовательно, к композиторам-симфонистам — П.И. Чайковскому и А. К. Глазунову. 

Сотрудничество с этими композиторами вскоре перешло в настоящую дружбу, благодаря которой и был создан новый жанр — симфонический балет.
Многие его балеты сохраняются в современном репертуаре как выдающиеся образцы хореографического наследия XIX в.: «Спящая красавица» П.И. Чайковского, «Раймонда» А.К. Глазунова, а также поставленное с Л.И. Ивановым «Лебединое озеро» Чайковского.
В России он женился на балерине Марии Суровщиковой, которая родила ему сына Мариуса и дочь Марию.
Мария Сергеевна Суровщикова-Петипа не обладала основательной техникой танца, ее достоинствами были грация и выразительность пантомимической игры.

 Оценив возможности супруги, Мариус Иванович специально для нее создал короткие лирико-комедийные балеты «Бабочка, роза и фиалка», «Брак во времена регентства», «Парижский рынок», «Голубая георгина».
Иногда в угоду «бриллиантовому ряду» Суровщикова использовала приемы нарочитой, наигранной резвости. Для таких случаев Петипа сочинил два номера в манере травести — «Танец маленького корсара» и «Мужичок», на исполнение которого гневно откликнулся Н.А. Некрасов в стихотворении «Балет»:
Ты мила, ты воздушно легка,
Так танцуй же ты «Деву Дуная»,
Но в покое оставь мужика!
Последним балетом М.С. Суровщиковой был поставленный для нее балет Петипа «Путешествующая танцовщица», а в 1869 году дирекция отправила артистку на пенсию. Вместе с женой закончил выступления и Мариус Петипа. 

Второй женой Петипа также стала артистка, Н. Савицкая. Все дети Мариуса Петипа так или иначе связали свою жизнь с балетным искусством. Его старший сын, Мариус, по желанию отца, окончил коммерческое училище, но все равно стал артистом балета. В 1911 году на русской сцене выступали три брата Петипа: Мариус, Марий и Виктор, Дочери его Надежда, Вера и Любовь также стали артистками балета.
Мария Мариусовна Петипа дебютировала в балете отца «Голубая георгина» в 1875 году. Мария Петипа в 1878 году была «пожирательницей сердец» и самой красивой из всех тогдашних танцовщиц императорских театров. 

Она танцевала в «Роксане», «Коппелии», «Коньке-горбунке». При всей своей красоте Мария Мариусовна была плохой танцовщицей, ее движения были угловатыми, стану не хватало гибкости, она с трудом становилась на носки и охотно переходила на полупальцы.
Зная о недостатках дочери, Мариус Петипа давал ей характерные роли, захватывавшие своей силой, или роли королев, принцесс и фей, в которых было достаточно прогуляться «пешком» и сделать пару-тройку жестов.

 В ее репертуаре были дивертисментные мазурки, лезгинки, русские, венгерские, испанские и другие пляски. Жанрово-характерными были ее роли: Марии в «Привале кавалерии», Мариэтты в «Испытании Дамиса», Млады в «Младе» Римского-Корсакова.
В 1899 и 1901 годах Мария Мариусовна гастролировала в Будапеште, а в 1902–1903 годах — в Париже.
Ее сценическая судьба была достаточно долгой: она еще танцевала в 1911 году в спектаклях Мариинского театра.