Son grand-père était le capitaine Matthew Flinders, l’explorateur qui le premier traça la carte géographique de l’Australie. En 1883, Amelia Edwards lui confia une mission pour la Fondation pour l’exploration de l’Égypte, qui venait d’être créée par elle. En 1884, Petrie était déjà en train de creuser, mais aussi de se disputer à distance avec les membres du comité qu’il estimait être des bureaucrates incompétents. Il présenta sa démission en 1886 et travailla seul pendant les trente-sept ans qui suivirent dans presque tous les endroits les plus importants du pays. Il fut le maître de nombreux égyptologues et eut sous ses ordres un certain Howard Carter, avec lequel il ne s’entendit pas. Petrie fut le premier à découvrir les cultures préhistoriques égyptiennes. Celui que l’on peut qualifier de plus grand archéologue britannique en Égypte publia plus de cent volumes de rapports sur ses fouilles. Il a été le premier à utiliser la stratigraphie pour les fouilles conduites en Égypte, consistant à relever les objets couche par couche, ce qui permit d’effectuer des datations plus précises. Cette méthode est toujours en vigueur.