Arrivé à une période charnière, au milieu des années 1970, Tom Petty fait partie de ces rares chanceux qui n'ont pas eu à choisir leur camp dans la bataille entre les musiciens de l'ancienne génération, et les têtes brûlées de la New Wave. Sa trajectoire peut, en cela, être comparée à celles de Bruce Springsteen ou de Bob Seger. Comme eux, il joue un rock de facture traditionnelle, aux mélodies directes et à la production impeccable. Et comme eux, sa carrière est étroitement liée à celle d'un groupe qui chauffe dur, les Heartbreakers.
Dès le premier album éponyme de Tom Petty & The Heartbreakers, paru en 1976, les classiques abondent. « Breakdown » obtient un succès important aux Etats-Unis, et « American Girl » va au-delà, en donnant à l'Amérique un de ses hymnes rock, qui sera maintes fois utilisé au cinéma. Les morceaux du groupe parviennent à séduire les publics les plus antinomiques. Si « Breakdown », une ballade solidement charpentée, peut convaincre des amateurs de musique californienne paisible à la Fleetwood Mac, des morceaux comme « I Need To Know », sur le deuxième disque des Heartbreakers (« You're Gonna Get It », 1978), se rapprochent franchement du punk-rock.
Le troisième album, « Damn The Torpedoes » (1979) leur offre un nouveau succès, notamment grâce à des réussites comme « Even The Losers » ou « Here Comes My Girl », dont le refrain a certainement inspiré les Pixies quand ils ont écrit « Here Comes Your Man ». Le chanteur s'y montre aussi à l'aise dans le rock vindicatif (« Refugee ») que dans les ballades (« Louisiana Rain »).
Les années 80 seront, comme souvent, un peu en demi-teinte pour le groupe et son chanteur. Ce dernier a beau multiplier les collaborations, avec Del Shannon ou Stevie Nicks, et obtenir un succès non démenti avec les albums « Hard Promises » (1981) et « Long After Dark » (1982), son inspiration peine à trouver de nouvelles voies. L'album « Southern Accents » (1985), produit par le guitariste d'Eurythmics, Dave Stewart, devait conduire les Heartbreakers dans de nouveaux climats, plus électroniques et psychédéliques. Mais, malgré le hit « Don't Come Around Here No More », le résultat s'avère légèrement décevant, après trois années d'attente.
Après un nouvel album aux côtés des Heartbreakers, « Let Me Up (I've Had Enough) », en 1987, Tom Petty décide donc de tenter de nouvelles expériences. En 1988, il participe au premier album éponyme des Traveling Wilburrys, hallucinant super-groupe dans lequel il côtoie Bob Dylan, George Harrison, Roy Orbison et Jeff Lynne, l'ancien chanteur d'Electric Light Orchestra. Il renouvelle l'expérience sur le deuxième album du groupe, « Vol. 3 », paru en 1990, après la mort de Roy Orbison.
La collaboration avec Jeff Lynne redonne un nouveau souffle à sa carrière. Ce dernier produit en 1989 son premier album solo, « Full Moon Fever », grand succès commercial contenant l'excellent « Runnin' Down A Dream », et le nouveau disque des Heartbreakers, « Into The Great Wide Open », en 1991. Il obtient également un succès international grâce aux singles « Learning To Fly » et « Into The Great Wide Open ». Dans le goût des années 90 naissantes, le producteur conçoit une atmosphère luxuriante et euphonique, sans la moindre provocation en vue, mais laissant tout l'espace nécessaire au phrasé et à la guitare de Petty.
Depuis « Mary Jane's Last Dance » (1994), issu de son album solo produit par Rick Rubin, « Wildflowers », Tom Petty n'a plus connu de véritable tube. Néanmoins, il continue de publier régulièrement des disques, porteurs d'une certaine vision puriste et décomplexée du rock'n roll. Les albums « Echo » (1999) et « Save The DJ » (2002) ont succédé à la bande originale du film d'Ed Burns « She's The One », en 1996.