Wolfang Petersen sa narodil 14. marca 1941 v nemeckom Emdene. V rokoch 1953 až 1960 navštevoval školu Gelehrtenschule des Johanneums v Hamburgu. V 60. rokoch minulého storočia režíroval niekoľko hier v hamburskom divadle Ernst Deutsch Theater. Neskôr vyštudoval Filmovú a televíznu akadémiu v Berlíne.
Petersen debutoval v roku 1974 psychologickým trilerom Jeden z nás dvoch, ktorý bol inšpirovaný rovnomenným románom Horsta Bosetzkého. Snímka získala dve ceny Bundesfilmpreise.
O tri roky neskôr režíroval film Die Konsequenz, ktorý bol čiernobielou adaptáciou autobiografického románu Alexandra Zieglera. Keďže snímka pojednávala o homosexuálnej láske, bavorská stanica Bayerischer Rundfunk radšej vypla vysielače, než aby ju odvysielala.
V roku 1982 zaznamenal Wolfgang Petersen prvý veľký úspech s filmom Ponorka, ktorého dej sa odohrával počas 2. svetovej vojny. Snímka získala šesť nominácií na Oscara. Celosvetovo zarobila Ponorka takmer 85 miliónov dolárov. Mnohí ju považujú za jeden z najlepších nemeckých filmov vôbec a na stránke Rotten Tomatoes má hodnotenie 98 percent.
Už o dva roky neskôr prišiel Petersen s ďalším hitom. Fantasy Nekonečný príbeh bol jeho prvým filmom natočeným v anglickom jazyku. Ide o adaptáciu rovnomennej knihy nemeckého spisovateľa Michaela Endeho. V čase natáčania išlo o najdrahší film natočený mimo Spojených štátov a Sovietskeho zväzu. V rokoch 1990 a 1994 vznikli pokračovania, ktoré však už Petersen nerežíroval.
Medzi jeho ďalšie filmy patrí napríklad Môj nepriateľ (1985), Bez identity (1991), Smrtiaca epidémia (1995), Air Force One (1997), Dokonalá búrka (2000), Trója (2004) či Poseidon (2006). Jeho posledný film, Ako napáliť banku, mal premiéru v roku 2016.
Petersen mal pôvodne režírovať aj film Harry Potter a Kameň mudrcov, napokon však ponuku odmietol. Bol dvakrát ženatý. Jeho prvou manželkou bola Ursula Siegová, s ktorou sa oženil v roku 1970 a o osem rokov neskôr sa rozviedli. Ešte v tom istom roku si vzal Mariu Borgelovú.
V piatok 12. augusta podľahol rakovine pankreasu vo svojom dome v Los Angeles.
