Pettersson ble student i Uppsala og tok doktorgraden i 1872, og var professor i fysikalsk kjemi ved Stockholms Högskola fra 1881 til 1908. I 1890-årene var han hovedsakelig hydrograf og var med på å grunnlegge Det internasjonale havforskingsrådet. Han gav ut mange hydrografiske avhandlinger og konstruerte flere oseanografiske instrument.