Tom Petty est le meneur et compositeur du groupe Tom Petty and the Heartbreakers, groupe de rock américain dont la chanson la plus connue est leur succès de la fin des années 1970, Breakdown. Petty et son groupe commencent à jouer en Floride, leur État d'origine, mais au cours des années 1970, ils partent enregistrer à Los Angeles. Leur premier album, en 1976, qui inclut les titres Breakdown et American Girl, reçoit tout d'abord un très bon accueil au Royaume-Uni. À la sortie du deuxième, You're Gonna Get It, en 1978, le premier s'installe dans les classements américains des meilleures ventes. Ensuite, le succès de Damn the Torpedoes, en 1979, les propulse directement du circuit des night-clubs à des salles d'importance nationale. À la fin des années 1980, Tom Petty entame une carrière solo. L'album Full Moon Fever, en 1989, qui inclut le désormais classique I won't back down, se place en tête des ventes cette année-là. À la même période, il collabore avec George Harrison, Bob Dylan, Roy Orbison et Jeff Lynne au sein du groupe The Traveling Wilburys.

En 1996, Tom Petty participe en tant que musicien à l'album American II : Unchained de Johnny Cash, album sur lequel figure Southern accents de Tom Petty dans une version reprise par Johnny Cash. En 2000, ce dernier reprendra le titre I won't back down dans une version acoustique à laquelle Petty ajoute sa voix sur les chœurs et que l'on peut trouver sur l'album American III : Solitary Man. Parmi les autres succès notoires de Petty, entré en 2002 au Rock and Roll Hall of Fame dont le discours d'introduction a été écrit par Jakob Dylan de The Wallflowers, on peut citer Don't Do Me Like That, Don't Come Around Here No More, Into the Great Wide Open, Free Falling et Learning to fly.

Le 15 juin 2010 sort l'album Mojo, suivi d'une tournée qui le fait revenir en Europe dont à Paris (pour la première fois depuis 20 ans) pour un concert au Grand Rex le 27 juin 2013^{[réf. nécessaire]3}. Tom Petty & The Heartbreakers atteignent pour la première fois le sommet du Billboard 200 grâce à l'album Hypnotic Eye, le 13^e du groupe, sorti le 29 juillet 2014 aux sonorités rock rappelant l'album Damn The Torpedoes. L'album s'écoule en première semaine à 131 000 exemplaires aux États-Unis. Il atteint également la première place au Canada et la cinquième place au Danemark et en Allemagne. L'enregistrement s'est étalé sur plusieurs années, les premières sessions remontant à août 2011 à Los Angeles. Il s'ensuit une tournée aux États-Unis et au Canada entre août et octobre 2014.

Le 2 octobre 2017 à 20 h 40, il est victime d'un arrêt cardiaque, dû à une surdose accidentelle de médicaments⁴, dans sa résidence de Malibu⁵. Il décède à l'hôpital, après une tentative de réanimation, à l'âge de 66 ans⁶.