Petersen var sønn av tollkasserer Thorvald Petersen (født 8. august 1842) og Anna Møller, og tok maskiningeniøreksamen ved Trondhjems Tekniske Læreanstalt i 1909. Han hadde arbeidserfaring i fem år som driftsingeniør ved Ferriere di Udine i Italia fra 1910 til 1915 og var tre år i Østerrike under første verdenskrig fra 1915 til 1918 som driftsingeniør på Bergwerk Storé Steyermark. Han var direktør på en fabrikk i Kroatia i flere år, samt noen år i Tyskland og Nederland. Han var på valseverket Stavanger Elektro Staal fra 1919 til 1929. Samme år ble han støperiingeniør ved Fredrikstad Mekaniske Verksted. Fra 1938 var han driftsingeniør ved Raufoss Ammunisjonsfabrikk.