Род Э. Ю. Петри вел своё происхождение от деятеля шведской реформации XVI века Олауса Петри, потомки которого бежали в Ливонию, позже присоединённую к России.
Э. Ю. Петри учился в Императорской медико-хирургической академии. Одно время был близок к подпольной организации «Земля и воля», вследствие чего был арестован и сослан. Бежав из ссылки, обосновался в Берне (Швейцария), где окончил Бернский университет, в котором позже защитил докторскую диссертацию по медицине (1880), а с 1883 по 1887 работал внештатным профессором на факультете философии Бернского университета, где читал лекции по географии и антропологии.
Жена, Евгения Львовна Петри (урожденная Гринберг), для того чтобы выйти замуж за Э. Ю. Петри, приняла лютеранство. В семье было двое сыновей — старший Бернгард и младший Георгий, оба ученики гимназии Мая.
В 1887 г. семья Петри вернулась в Россию, где Э. Ю. Петри был амнистирован. Получил чин статского советника и личное дворянство, стал вице-председателем Русского антропологического общества. В 1887—1899 годах возглавлял кафедру географии и этнографии на естественном отделении физико-математического факультета Петербургского университета (был приглашен на эту должность министром народного просвещения). Преподавал также в Смольном институте.
Э. Ю. Петри стал первым в русской научной литературе использовать термин «биосфера», ранее введенный в научный оборот австрийским геологом Э. Зюссом в книге «Лик Земли» (1875). Организовал кружок преподавателей географии при военно-педагогическом музее, ставивший целью заинтересовать юношество этим «сухим» предметом путём изменения самой системы преподавания. Проводил археологические и антрополого-географические экспедиции в Средней Азии, Тургайской области, Приуралье, Оренбургской и Уфимской губерниях, широко публиковался. Ежегодно читал публичные лекции в Соляном городке.
Похоронен в Санкт-Петербурге на Смоленском лютеранском кладбище.