Ved siden av sitt virke som tannlege engasjerte Petra Lie seg i humanitært arbeid. Hun tok initiativet til opprettelsen av «Gamlehjemmet» i Pilestredet (Cathinka Guldbergs Gamlehjem), og engasjerte seg i opprettelsen av Cathinka Guldbergs barnehjem. I 1894 var hun medstifter av . Hun ga også tannlegebistand til Guttehjemmet i Geitmyrsveien, uten godtgjørelse.