1901–1906 m. Peterburgo konservatorijoje pas prof. S. Gabalį studijavo dainavimą, muzikos teorijos mokėsi pas A. Liadovą, o kompozicijos pas N. Rimskį-Korsakovą. Kartu baigė ir suaugusiųjų gimnaziją. Studijuodamas vadovavo lietuvių chorui, rengė vakarus-koncertus, sukūrė ir pastatė pirmąsias lietuviškas operetes. 1905 m. atvykęs į Vilnių, įsitraukė į revoliucinę veiklą, organizavo chorus, statė operetes ir operas. 1906 m. lapkričio 6 d. dabartinės filharmonijos salėje įvyko jo operos - pirmosios lietuviškos nacionalinės operos - „Birutė“ premjera.
1906 m. pabaigoje išvyko į Šveicariją – Ženevą, kur vadovavo chorui, atidarė rusų pabėgėlių muzikos studiją ir pastatė N. Lysenkos operą „Natalka Poltavka“ (joje pats dainavo). 1907 m. nuvyko į Paryžių ir pas Ch. Widorą mokėsi kompozicijos. Tų pačių metų vasarą su Paryžiaus konservatorijos studentu Z. Skirgaila atvyko koncertuoti į JAV – Čikagą. 1911–1912 m. studijavo dainavimą Italijoje pas A. Mezini, dainavo italų operos teatrų spektakliuose. 1912 m. vasarą atvyko į Vilnių, koncertavo daugelyje Lietuvos miestų ir Tilžėje. 1912 m. pabaigoje vėl išvyko į JAV – Niujorką, o 1914 m. į Bostoną.
1920 m. atvyko į Lietuvą, rengė koncertus su broliu Kipru, o su Juozo Tallat-Kelpšos parengtu choru ir orkestru pastatė savo operą „Birutė“. 1921 m. nuvyko į Angliją, paskui vėl į Bostoną. 1924, 1925 ir 1926 m. lankėsi Lietuvoje, 1926 m. vėl sugrįžo į JAV Globojamas dr. Juozo Jonikaičio įsikūrė Detroite, o 1928 m. išvyko į Baltimorę, pas N. Rastenį. 1930 m. sausio 22 d. Detroite buvo surengtos išleistuvės į Lietuvą – apsigyveno Kaune.
M. Petrauskas JAV nuveikė didelį suaugusiųjų ir vaikų muzikinio švietimo darbą. 1910 m. Čikagoje įsteigė lietuvišką konservatoriją, kurią vėl atgaivino 1912 m. Taip pat įkūrė „Meno draugiją“, vadovavo chorams. 1913 m. savo konservatorijos skyrius įkūrė Brukline, Niuarke ir Elizabete (Naujasis Džersis). Visur rengė savo mokinių koncertus. 1914 m. konservatoriją perkėlė į Bostoną ir iki 1920 m. išleido apie 20 choro vadovų, 6 muzikos mokytojus ir kelis dirigentus. Visur garsėjo kaip solistas, kompozitorius ir chorvedys. Organizavo chorus ir orkestrus. Brukline statė operetes. Čikagoje suorganizavo 100 dalyvių „Birutės“ chorą, kuris 1907 m. lapkričio 14 d. pirmą koncertą surengė Bostone. 1914 m. subūrė „Gabijos“ chorą, prie kurio buvo 100 dalyvių vaikų choras ir orkestrėlis. Taip pat įkūrė savaitinį teatrą. „Gabijos“ choras pastatė 17 operečių, 1918 m. lapkričio 4 d. ir 1919 m. vasario 21 d. su dideliu pasisekimu koncertavo Bostone. 1915 m. išleistos 6 plokštelės, o 1920 m. dar 10 plokštelių.
Be didžiulės praktinės muzikinės veiklos, M. Petrauskas sukūrė daug įvairių kūrinių: operas „Birutė“ (1906 m.) ir „Eglė žalčių karalienė“ (1920 m.), 19 operečių, 37 solo dainas, 17 vokalinių duetų, keletą giesmių, harmonizavo 143 lietuvių liaudies dainas, parašė keletą ir originalių dainų chorams. Sukūrė pjesių fortepijonui ir smuikui. Tilžėje išleido revoliucinių dainų rinkinį „Trimitas“ (1910), parašė knygą „Iš muzikos srities“ (1909), „Mažą muzikos žodynėlį“ (1916), apybraižą „Orkestrai“, straipsnių įvairiais muzikos klausimais. Jo dainos „Parsivedžiau mergelę lepūnę“ ir „Vaidilutės“ skambėjo JAV ir Kanados lietuvių 1961 m. ir 1978 m. dainų šventėse Čikagoje ir Toronte. Jas dainavo ir Lietuvos chorai, jos skambėjo ir dainų šventėse.
