Alessandro Petacchi, dopo aver praticato nuoto e atletica, a 13 anni sceglie il ciclismo ed entra nella Us Luni di Castelnuovo Magra. Velocista puro, ottiene 26 vittorie fra gli esordienti, 9 fra gli allievi, 13 fra gli juniores e 12 fra i dilettanti. Passa al professionismo nel 1996, ma ottiene la prima vittoria solamente nel 1998, quando si impone nella tappa di Mersing del Giro della Malesia.
La svolta arriva nel 2000 quando passa alla Fassa Bortolo, e il direttore sportivo Giancarlo Ferretti riesce a convincerlo delle sue reali capacità. Viene convocato per la prima volta dalla Nazionale nel 2002, quando collabora alla vittoria di Mario Cipollini nel Mondiale disputatosi a Zolder, in Belgio. La sua consacrazione avviene però nel 2003, anno in cui coglie ben 30 successi, seguiti da altri 21 nel 2004 e 26 nel 2005, anno in cui a marzo vince la sua prima classica, imponendosi nella Milano-Sanremo. Nel 2006 la Fassa Bortolo si scioglie e Petacchi assieme ad altri suoi compagni si trasferisce nella nuova arrivata Milram. Al Giro d'Italia 2006 è costretto al ritiro dopo sole quattro tappe in seguito al coinvolgimento in una caduta, che gli causa la frattura composta della rotula e in seguito alla quale viene operato. Ritorna in gara in tempo per partecipare alla Vuelta a España, durante la quale però, in un impeto di rabbia alla fine di una tappa, si rompe una mano, battendola violentemente contro il pullman di una squadra avversaria, e finisce così la stagione.
Alla fine del 2006 conta 40 vittorie di tappa nei grandi Giri: 19 al Giro (di cui 9 nel 2004), 4 al Tour e 17 alla Vuelta. Hanno fatto meglio di lui solo Eddy Merckx (65 vittorie) e Cipollini (57).