Urodził się w w Emden w Niemczech 14 marca 1941 roku. Zaczynał karierę zawodową jako dziewiętnastolatek, gdy został asystentem reżysera w jednym z teatrów hamburskich. W latach 1966-70 studiował w „Deutsche Film und Fernseh Akademie” w Berlinie.
Pierwsze krok w filmie stawiał w swoim kraju,. Wielkim przełomem w jego karierze okazał się film „Okręt”, który został nominowany do sześciu Oscarów. Dwie z nich trafiły do samego Petersena – za zaadaptowany scenariusz i reżyserię. W filmie wystąpił Jürgen Prochnow, który stał się jednym z najbardziej ulubionych aktorów Petersena.
Po tym sukcesie Petersen stał się niemal specjalistą od hollywoodzkich superprzebojów z wielkimi budżetami. Właściwie każdy jego kolejny film odnosił wielki sukces. „Na linii ognia”, „Epidemia”, „Air Force One” , „Gniew oceanu”, „Troja”, „Posejdon”, „Jak rozbić bank”.
O nakręconej w 1995 roku „Epidemii” stało się głośno, gdy zaczęła się pandemia. Petersen opowiedział tam o zarazie przywleczonej do Kalifornii z Afryki.
W filmach Petersena grały największe gwiazdy kina. Oprócz Prochnova pojawiali się w jego obrazach m.in. Clint Eastwood, Tom Berenger, John Malkovich, Dustin Hoffman, Morgan Freeman, Harrison Ford, Gary Oldman, Glenn Close, George Clooney, John C. Reilly, Mark Walhberg, Brad Pitt, Orlando Bloom, Till Schweiger. Wyśmienita kolekcja sław.
