Vystudoval obor ekonomika obrany státu na Vysoké vojenské škole ve Vyškově. Jako aktivní voják Petr Mlejnek (*1973) sloužil u výsadkářů v Chrudimi. Působil také ve velitelské funkci u elitní prostějovské jednotky, byl zástupcem šéfa speciálních operací.
Posléze Petr Mlejnek pracoval na ministerstvu obrany, měl na starosti finanční zabezpečení mj. jednotek podílejících se na operaci NATO SFOR v Bosně a Hercegovině a NATO KFOR v Kosovu. Věnoval se vyhledávání a analýze bezpečnostních rizik v ČR a zahraničí v rámci Analytického štábu Vojenského zpravodajství.
Zkušenosti Petr Mlejnek má i ze soukromé sféry. Působil jako obchodní manažer ve firmě Škoda Transportation nebo coby ředitel pro strategický rozvoj a ekonomiku ve společnosti Techniserv.
Tři kolegové Petra Mlejnka byli pravomocně odsouzeni za úplatkářství při získání zakázky na prověrku technologického zázemí České obchodní inspekce.
Byl dvakrát vyznamenán medailí NATO, získal medaili za služby v zahraničních operacích SFOR a KFOR, medaili Armády ČR druhého a třetího stupně nebo medaili Armády Slovenské republiky.
V červnu 2022 kabinet Petra Fialy (ODS) odsouhlasil, aby se Petr Mlejnek od 8. července ujal vedení Úřadu pro zahraniční styky a informace.
V srpnu 2022 server Seznam Zprávy informoval o tom, že Petr Mlejnek od roku 2012 udržoval pravidelné kontakty s Michalem Redlem, který je hlavní postavou v kauze Dozimetr.
Petr Mlejnek v srpnu 2022 na post ředitele Úřadu pro zahraniční styky a informace rezignoval.