A principios del siglo V, el prefecto del «praetorium» de Galia se llamaba Petronio. Nuestro santo fue probablemente hijo suyo. Unas palabras de una carta de san Euquerio de Lyon parecen indicar que también san Petronio desempeñó en un momento dado un importante puesto civil, cargo que abandonó para entrar al servicio de la Iglesia. Pronto alcanzó gran fama de virtud en Italia. Se dice que en su juventud hizo un viaje a Palestina, «donde pasó mucho tiempo recogiendo datos sobre los primeros tiempos de la Iglesia». Más tarde, aprovechó esos datos en forma muy práctica, como veremos. Hacia el año 432 fue elegido obispo de Bolonia. Su primer cuidado fue reparar las iglesias, que habían sido arruinadas durante las recientes invasiones de los godos.
Se cuenta que san Petronio «construyó un monasterio al este de la ciudad, fuera de las murallas, en honor del protornártir San Esteban. Era un edificio espacioso y alto, con muchas columnas de pórfido y mármoles preciosos; en los capiteles había una serie de animales y pájaros tallados. Petronio consagró especial atención a la construcción de dicha iglesia, sobre todo a la reproducción del sepulcro del Señor, cuyas medidas señaló él mismo ... El atrio de la iglesia representaba el Gólgota, y en él se levantaba la cruz de Cristo». En realidad era un conjunto de siete iglesias, que reproducían en líneas generales los Santos Lugares de Jerusalén. San Petronio hizo de la iglesia de San Esteban la catedral de su diócesis. Sus sucesores siguieron empleándola como catedral hasta el siglo X, cuando los hunos asolaron la Emilia, el año 903, y destruyeron las iglesias construidas por San Petronio. Los edificios fueron reconstruidos varias veces en la Edad Media. En el siglo XII, la catedral de San Esteban era un sitio de peregrinación muy popular, ya que acudían a ella quienes no podían ir al Oriente. En 1141, se añadieron otras construcciones y, con tal motivo, entraron probablemente en circulación muchas reliquias falsas. Es una coincidencia sospechosa que precisamente entonces se hayan descubierto las reliquias de san Petronio. En la biografía del santo, escrita en aquella época, abundan las fábulas y sucesos absurdos y se echan de menos los datos precisos. La «Nueva Jerusalén» de Bolonia existe aún en nuestros días, aunque muy modificada, pero «todavía conserva un aire característico de extraordinaria antigüedad».
La biografía de san Petronio publicada en Acta Sanctorum, oct., vol. II, carece de valor histórico, ya que data del s. XII. Lo mismo hay que decir de la biografía italiana compuesta ciento cincuenta años después. Mons. Lanzoni estudió muy a fondo la cuestión, en su monografía «S. Petronio, vescovo di Bologna nella storia e nella leggenda» (1907). Véase también Delehaye, Analecta Bollandiana, vol, XXVII (1908), pp. 104-106, quien comenta la obra que acabamos de citar. En la revista Romagna, vol. VII (1910), Mons Lanzoni siguió estudiando la cuestión y llegó a la conclusión de que es muy dudoso que san Petronío haya estado alguna vez en Palestina. Acerca de la iglesia de San Esteban, cf. G. Jeffery, The Holy Sepulchre (1919), pp. 195-211.