정재훈은 휘문고-성균관대를 졸업하고 2003년 1군에 데뷔한 두산베어스 프랜차이즈 스타다. 14시즌 동안 555경기에서 705.1이닝을 소화했고, 매 시즌 평균 50이닝 이상씩을 책임졌다. 통산 성적은 35승44패 139세이브에 84홀드, 평균자책점은 3.14이다.

정재훈은 입단 3년 차인 2005년부터 마무리 임무를 맡았다. 직구, 포크볼 구위가 빼어났고, 그 해 51경기에서 30세이브를 수확하며 '초짜' 마무리가 타이틀을 가져갔다. 또 2006년 38세이브를 따내며 리그를 대표하는 클로저로 자리 잡았고, 2010년에는 홀드왕(23개)에도 올랐다.

롯데에서 뛰다 2016년 친정팀으로 돌아온 정재훈은 컷 패스트볼이라는 새 무기를 장착해 그 해 페넌트레이스 우승도 이끌었다. 당시 성적은 46경기 23홀드, 평균자책점 3.27이다.

다만 예기치 못한 부상으로 은퇴를 선언했다. 2016년 8월 타구에 오른 팔뚝을 맞아 수술을 했고, 그 해 10월에는 오른 어깨 회전근개 부분파열로 관절경 수술을 했다. 

정재훈은 "은퇴를 결정했다. 아쉬움이 없다면 거짓말"이라며 "그보다 감사한 분들이 많다. 주변의 도움으로 지금까지 야구를 할 수 있었다"고 말했다. 이어 "구단에서 코치 제의를 해 주셨다. 너무 감사한 점"이라며 "향후 진로는 조금 더 생각한 뒤 최종 결정하겠다"고 말했다.