Petter Northug brał udział już w pierwszej edycji Tour de Ski. Zarówno w pierwszym, jak i w drugim sezonie tego cyklu był w czołowej trójce sprintu. 5 stycznia 2007 roku w sprincie techniką dowolną w Asiago uplasował się na trzecim miejscu. Tuż za Northugem na metę przybiegł Janusz Krężelok. To czwarte miejsce jest najlepszym wynikiem polskiego biegacza w historii Tour de Ski. Rok później, także w Asiago, Northug triumfował. 27 grudnia 2008 był trzeci w prologu, a 2009 rok rozpoczął zwycięskim sprintem w czeskim Nowym Mieście.
Najwięcej miejsc na "pudle" w Tour de Ski, Northug zanotował w sezonie 2009/2010. Wygrał wtedy trzy etapy: prolog, 15-kilometrowy bieg pościgowy oraz 35-kilometrowy bieg pościgowy. Dwukrotnie uplasował się na drugiej pozycji, a raz był trzeci. W piątej edycji TdS urodzony w 1986 roku Norweg zwyciężył w biegu na 20 kilometrów techniką klasyczną. Trzykrotnie plasował się na trzeciej pozycji. W sezonie 2011/2012 wygrał prolog, a także bieg łączony. Trzy razy był drugi.
29 grudnia 2012 roku Northug był najszybszy podczas prologu w Oberhofie. Było to jego dziewiąte etapowe zwycięstwo w Tour de Ski. Pod względem liczby zwycięstw jest najlepszym zawodnikiem w historii. Dzień później, 26-letni Norweg zajął trzecie miejsce w biegu pościgowym. Po raz 21. znalazł się w czołowej trójce etapu TdS (w tej klasyfikacji także jest na czele). Do pełni szczęścia brakuje mu jeszcze zwycięstwa w klasyfikacji generalnej. W niej trzy razy z rzędu plasował się na drugiej pozycji. Było to w latach: 2009, 2010 oraz 2011. W pierwszej edycji Tour de Ski zajął czwarte miejsce, zaś w drugiej - ósme. W sezonie 2011/2012 był trzeci.
