Petersen-Øverleir har siden 1996 vært organist i Røa kirke i Oslo, hvor han har arrangert tallrike konserter med både orgel, kor og instrumentalister. Ved siden av sitt arbeide som organist er han også programansvarlig for ORGELbrus!, Barnas Konserthus-serie og Barnas Konserthus-festival i Oslo Konserthus. Han underviser også i musikk og matematikk ved Foss videregående skole i Oslo.