Sacré champion du monde espoirs à Stuttgart en 2007, il se met en lumière lors de la 17e étape du Tour de France 2008, celle qui verra Carlos Sastre voler vers le sacre final, en s'échappant, pendant toute l'étape, se faisant rejoindre sur les premières pentes de la montée finale vers L'Alpe d'Huez.
En 2010, il remporte la première étape du Tour d'Espagne, un contre-la-montre par équipes avec la formation HTC-Columbia, ainsi que la dix-septième étape de cette même épreuve, un contre-la-montre individuel. Il finit troisième de cette Vuelta, ce qui constitue à ce jour son meilleur résultat sur un grand tour et prouve qu'il a franchi un palier lui permettant d'être un sérieux candidat aux podiums sur les grands tours. Le deuxième de la course, Ezequiel Mosquera, est cependant contrôlé positif à l'hydroxyéthylamidon après l'épreuve. Il perd le bénéfice des résultats obtenus à partir du 28 août 2010 et est disqualifié de ce Tour d'Espagne[3]. Après ce déclassement, Peter Velits passe à la deuxième place du général[4]. Début janvier 2015, l'Audience Nationale espagnole annule cette décision[5] et Velits est reclassé troisième.
En 2011, Velits est longtemps blessé à la jambe au printemps, ce qui complique sa préparation pour le Tour de France[6]. Lors de la course, il se classe notamment quatre fois parmi les dix premiers d'étapes et prend la 18e place du classement général final[n 2],[7].
En 2014, Peter Velits signe un contrat en faveur de BMC Racing. En début d'année, il est neuvième de Paris-Nice. En juin, il obtient un troisième titre consécutif de champion de Slovaquie de contre-la-montre. Il dispute ensuite le Tour de France en tant qu'équipier de Tejay van Garderen[8]. Grâce à la victoire qu'obtient sa formation sur le circuit tracé autour de la ville de Ponferrada en Espagne, il devient en fin de saison le premier coureur à s'adjuger trois victoires lors des Championnats du monde du contre-la-montre par équipes[9].
Au début de la saison 2015, il ne termine pas Paris-Nice. Après cette course, il se fait opérer pour une blessure à la jambe gauche ce qui nécessite plusieurs mois d'arrêt de compétition[10]. Au deuxième semestre il remporte la 1re étape du Tour d'Espagne (contre-la-montre par équipes) et endosse le maillot de leader de cette course. Quelques semaines plus tard il prolonge son contrat avec la formation BMC Racing[11].
Non prolongé à l'issue de la saison 2016, il décide de mettre un terme à sa carrière[12].
↑ a et bInitialement 19e, il est reclassé 18e après le déclassement d'Alberto Contador en février 2012.
↑ a et bInitialement troisième, Peter Velits est dans un second temps classé deuxième après le déclassement d'Ezequiel Mosquera. Cependant, début janvier 2015, l'Audience Nationale espagnole annule cette décision.
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