Petersen ble i 1846 og kopist i Kirkedepartementet i 1853. I 1858 ble han konstituert som direktør for Botsfengselet i Kristiania under Poul Magnus Norums fravær. Han overtok embetet i 1860 og beholdt det helt til 1892. Han deltok som norsk delegert på flere internasjonale fengselskongresser.