Dans les années 1960 et 1970, Petković joue presque la totalité de sa carrière en tant que milieu de terrain pour l'OFK Belgrade et pour la Yougoslavie, mais il passe également trois saisons avec le club de Troyes Aube Football en France.
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Ilija Petković quitte Knin à l'âge de 19 ans afin de jouer pour l'OFK Belgrade, la troisième équipe de la ville de Belgrade derrière l'Étoile rouge et le Partizan. Il passe au total 16 saisons avec l'OFK, remportant une fois la Coupe de Yougoslavie. Il joue 417 matchs en faveur de cette équipe et marque 68 buts.
Selon les règles sportives yougoslaves communistes de l'époque, aucun joueur ne peut évoluer à l'étranger avant d'avoir atteint l'âge de 28 ans. Par conséquent, Petković doit attendre jusqu'en 1973 avant de s'exiler en France. Il restera pendant 3 saisons au Troyes AF.
Il retourne ensuite à l'OFK, y évoluant jusqu'à sa retraite de joueur, à l'âge de 38 ans en 1983.
En équipe nationale
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Ilija Petković débute avec l'équipe de Yougoslavie le contre la France, un match durant lequel il marque deux buts et où son équipe l'emporte 5 à 1. Petković représente la Yougoslavie lors du Championnat d'Europe de football 1968, où elle atteint la finale, mais perd contre l'Italie.
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Après sa retraite en 1983, Ilija Petković devient directeur sportif de l'OFK Belgrade. Il est ensuite entraîneur pour divers clubs dans plusieurs pays du monde, notamment en Chine, en Grèce, en Suisse et au Japon.
Il est également sélectionneur national yougoslave entre 2000 et 2001 puis sélectionneur de l'équipe de Serbie-et-Monténégro de 2003 à 2006.