Petersen zemřel v pátek ve svém domě v losangeleské čtvrti Brentwood na rakovinu slinivky, uvádí filmový magazín Deadline.

Rodák z německého Emdenu na pobřeží Severního moře maturoval na prestižním hamburském gymnáziu, později studoval divadelní vědu a nakonec absolvoval berlínskou filmovou a televizní akademii. Začínal jako herec a asistent režie v Hamburku, sám točit začal po škole.

Za kamerou stál při natáčení několika dílů krimiseriálu Místo činu a výrazně na sebe upozornil celovečerní prvotinou Jeden z nás dvou (1974). Mezinárodní slávu mu zajistil velkofilm Ponorka z roku 1981, který sugestivně pojednával o těžkém údělu vojáků za podmořských bojů druhé světové války. Do Hollywoodu se dostal především díky úspěchu Nekonečného příběhu (1984) v německo-americké koprodukci.

V Hollywoodu byl pak známý jako expert na akční filmy. V 90. letech natočil například thrillery S nasazením života (1993) či Air Force One (1997). V roce 2004 pak obsadil celou plejádu hollywoodských hvězd do historického snímku Troja (2004). S režií se rozloučil před šesti lety německou krimikomedií Jak napálit banku (2016).