Carl Petersén var son till kanslirådet Carl Petersén och Ingeborg Tanberg. Han blev underlöjtnant vid Upplands artilleriregemente (A 5) 1903, kapten 1916 och major i armén 1932. Han gick på Gymnastiska Centralinstitutet 1907, var major och instruktör i persisk tjänst 1911–1913 samt deltog i fälttåget på Gallipoli 1915. Samma år avlade han certifikatproven för ballongförarbevis. Petersén deltog i finska inbördeskriget som överstelöjtnant 1918.