Carl Petersén var søn af kancellirådmand Carl Petersén og Ingeborg Tanberg. Han blev sekondløjtnant ved Upplands artilleriregiment (A 5) 1903, kaptajn 1916 og major i hæren 1932. Han gik på Gymnastik- och idrottshögskolan 1907, var major og instruktør i persisk tjeneste 1911-1913 samt deltog i Slaget ved Gallipoli 1915. Samme år aflagde han certifikatprøven til at flyve gasballon. Petersén deltog i Den finske borgerkrig som oberstløjtnant 1918.