Esperto di storia contemporanea italiana, è stato per molti anni ricercatore e vicedirettore presso l'Istituto Storico Germanico di Roma (Deutsches Historisches Institut in Rom). L'analisi di Petersen sull'origine dell'"asse Berlino-Roma", pubblicata nel 1973, è ancora considerata fondamentale. Inoltre ha pubblicato numerosi articoli, in particolare sul fascismo italiano e sulla percezione tedesca dell'Italia durante il XIX e XX secolo.
Opere Hitler e Mussolini, la difficile alleanza [= Storia e società]. Laterza, Roma-Bari 1975. Quo vadis Italia? Traduzione di Gerhard Kuck. Laterza, Roma e.a. 1996, ISBN 88-420-4875-5.