Michel Petrossian étudie la composition notamment avec Jacques Charpentier au Conservatoire national de région de Paris et Allain Gaussin au Conservatoire du centre, puis le contrepoint et l'harmonie avec Isabelle Duha à l'École nationale de musique d'Issy-les-Moulineaux et l'orchestration avec Alain Louvier au Conservatoire national supérieur de Paris. Parallèlement, il continue de pratiquer la guitare, instrument auquel il s'était initié à l'âge de 14 ans ; il donne des concerts au sein d'un duo formé avec le percussioniste égyptien Gad Hesham.

En 1996, il obtient un Premier prix d'analyse avec félicitation du jury au Conservatoire national de région de Paris, par lequel il obtient une bourse de la SACEM. En 1997, il entre au Conservatoire national supérieur de musique de Paris dans la classe de composition d'Emmanuel Nunes. Il intègre également la classe de musique de l'Inde, dirigée par Patrick Moutal où il obtient son certificat obtenu en 1998.

En 1998, il écrit la musique pour un court métrage Lacanau-Océan présenté à la Cité de la Musique et à la télévision, ainsi qu'à Prague et à Londres, dans le cadre du festival des Premiers Films. Il est invité en octobre 1998 et mars 1999 à participer aux séminaires organisés par le Centre des écritures cinématographiques (CECI) qui se déroulent au Moulin d'Andé.

Soucieux de faire connaître la musique de son temps, il fonde en décembre 1998, avec le compositeur Jérôme Combier, l'ensemble Cairn, constitué des élèves du Conservatoire de Paris, incluant dans leurs programmes des œuvres de Berio, Debussy, Dutilleux, Kurtag, Schönberg, Ravel, Takemitsu etc. 

En 2000 Michel Petrossian obtient son diplôme de formation supérieure en composition du Conservatoire national supérieur de musique de Paris, dans la classe de composition de Guy Reibel. S’intéressant aux langues et civilisations anciennes, il étudie ensuite l’Hébreu, l’Ougaritique, l’Araméen, l’Akkadien, le Grec et l’Arménien ancien à l’École des langues et des civilisations de l’Orient ancien ainsi qu'à la Sorbonne et séjourne une année à l’École biblique et archéologique française de Jérusalem.