Petersen wurde 1980 in der Hafenstadt Aabenraa geboren und begann 2003 seine Karriere in der Filmbranche als Regieassistent.[1] Er führte 2007 das erste Mal Regie beim Kurzfilm De kaldte os frisører. Für seine Kurzfilme Going Nowhere und As You Were erhielt er 2011 und 2012 beim Aspen Shortsfest einen Ehrenpreis sowie in den Jahren 2012 und 2013 für As You Were und Mommy den Preis der Jugendjury. Sein erster Langfilm Hundeliv lief 2016 auf mehreren Festivals. Großen Erfolg erzielte er 2019 mit Onkel (Film), der bei verschiedenen Festivals ausgezeichnet wurde und schließlich dreifach für den dänischen Filmpreis Robert nominiert wurde. Auch sein nächster Film Resten af livet erhielt 2022 zwei Nominierungen.
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