Petitjean commence sa carrière artistique à 20 ans, après avoir terminé ses études à l'École Boulle. Il se tourne vers la peinture sur verre et trouve du succès commercial rapidement grâce à son style unique et à sa maîtrise de la technique. En 1923, il crée un studio d'art sur verre et produit des décorations pour des vitraux dans des églises, dont l'église Saint-Étienne-du-Mont à Paris.
En 1928, Petitjean s'intéresse aux avions de chasse en trainée. Cela l'amène à inventer un procédé de peinture sur verre pour reproduire les mouvements aériens et la lumière du jour qui inonde les ciels. Il effectue des essais en vol, se fixant au pilote et au cockpit pour mieux capter le mouvement et la forme des avions. En 1930, il crée son premier tableau de peinture sur verre intitulé "Le Voltigeur" qui représente un chasseur en train d'effectuer une figuration aérienne. Cette création révolutionne le monde de l'art et marque le début de la période des "plafonds célestes".
Petitjean produit de nombreuses autres peintures sur verre représentant des avions, des figures aériennes et des étoiles polaires. Ses œuvres sont exposées dans des musées prestigieux tels que le Musée d'Orsay à Paris, le Musée des Arts Décoratifs de Paris et la Bibliothèque Nationale de France.
En plus de sa carrière artistique, Petitjean est également un aviateur passionné et réalise plus de 300 vols en avion à travers le monde. Il a été nommé Chevalier de la Légion d'Honneur en 1957 pour ses contributions à l'art français.
Aujourd'hui, les peintures sur verre de Petitjean sont toujours appréciées et considérées comme des pièces maîtresses de l'art moderne français. Son travail est reconnu pour sa maîtrise technique et son innovation. Sa carrière a été un exemple pour de nombreux artistes-peintres qui ont suivi sa voie et ont continué à utiliser la peinture sur verre dans leur travail.