Già ai tempi delle scuole superiori Wolfgang realizza i primi cortometraggi. Dal 1960 al ’64 è assistente alla regia allo Junges Theater di Amburgo e frequenta una scuola di recitazione. Nel 1965 segue corsi di storia del teatro presso le Università di Berlino ed Amburgo. Dal 1966 frequenta la Deutsche Film und Fernsehakademie di Berlino: il suo saggio finale Ich werde dich töten, Wolf viene trasmesso anche dal NDR. Poi realizza numerosi film televisivi, tra cui alcune puntate della popolare serie di telefilm gialla Tatort.
Nel 1974 realizza il suo primo vero film Einer von uns beiden, un giallo che lo segnalerà per le sue capacità tecniche. Proprio questa caratteristica induce la Bavaria, il centro di produzione più importante della Repubblica Federale Tedesca, ed uno dei più importanti d’Europa, ad offrirgli nel 1980 la megaproduzione U-Boot 96 (Das Boot). Un film molto originale sia per il tema (la seconda guerra mondiale vista dai tedeschi) che cerca di ribaltare lo stereotipo dei film di guerra americani in cui tutti i tedeschi sono insensibili e crudeli, sia per la scelta registica. Tutto il film è ambientato infatti in un sottomarino, visto nella sua interezza: dalla cabina di comando al gabinetto. Viene descritta la vita all’interno del sommergibile con una precisione quasi documentaristica, si percepisce la claustrofobia e la paura di non riuscire più a risalire, oltre che le difficoltà di vita per i tanti uomini rinchiusi in uno spazio così ristretto. I virtuosismi tecnici abbondano, la macchina da presa viviseziona sia l’U-Boot che i volti stanchi e stremati del suo equipaggio.
La comunità internazionale riconobbe il valore della pellicola che ottenne infatti sei nominations all’Oscar tra cui miglior regia e miglior sceneggiatura.
A Petersen sull’onda del successo fu allora affidato un vero kolossal La storia infinita (Die Unendliche Geschichte) (1983), la produzione tedesca più costosa del dopoguerra (60 milioni di marchi), ma gli incassi furono di gran lunga maggiori. Da allora in poi il cammino di questo regista fu inarrestabile nel 1985 realizza il suo primo lavoro interamente americano Il mio nemico (Enemy Mine) per la 20th Century Fox, un film di fantascienza, tratto da un romanzo di Barry Longyear, sull’amicizia creatasi tra un umano e un alieno in tempi di guerra galattica.
Da allora Petersen lavora stabilmente negli Stati Uniti, le indubbie capacità tecniche e narrative gli hanno spalancato i cancelli di Hollywood. Egli si è cimentato in generi molto diversi, il film di guerra, il fantasy, la fantascienza, il thriller e i film d’azione, tutti però avevano un aspetto in comune, la necessità di immagini molto spettacolari; anche se non è solo un abile tecnico, infatti i film di cui ha curato anche la sceneggiatura sono probabilmente quelli di miglior riuscita.
