Ukończyła Akademię Muzyczną w Stuttgarcie pod kierunkiem Sylwii Geszty. Karierę rozpoczęła w zespole Städtische Bühnen Nuremberg, gdzie kreowała takie partie, jak: Ännchen (Wolny strzelec Webera), Blonde (Uprowadzenie z Seraju Mozarta), Adeli (Zemsta nietoperza J. Straussa), Rosiny (Cyrulik sewilski Rossiniego), Lulu w operze Berga i Królowej nocy (Czarodziejski flet Mozarta). W latach 1998–2003 była związana z Deutsche Oper am Rhein Dusseldorf.
Marlis Petersen zadebiutowała w Operze Wiedeńskiej jako Lulu. Partię tę wykonywała także w inscenizacji Petera Konwitschnego w Hamburgu, na scenie Chicago Lyric Opera oraz w Atenach. Gościła także regularnie na scenach czołowych teatrów operowych świata, m.in. Opéra de Paris, Théâtre de la Monnaie Brussels, oper w Berlinie, Hamburgu, Monachium i Wiedniu, Theater an der Wien, Metropolitan Opera, Los Angeles Opera, Chicago Lyric Opera oraz na festiwalach w Salzburgu i Aix-en-Provence.
Poza partią Lulu, istotne miejsce w repertuarze operowym artystki zajmuje rola Violetty (Traviata Verdiego), Zuzanny (Wesele Figara Mozarta), Paminy (Czarodziejski flet), Adeli i Rozalindy (Zemsta nietoperza), Marguerite (Hugenoci Meyerbeera), Manon, Thais w operach Masseneta oraz Elektry (Idomeneusz, król Krety Mozarta). W ostatnim czasie artystka odniosła sukces w nowej inscenizacji Lulu w Operze Bawarskiej, a także w Metropolitan Opera w Nowym Jorku – występ ten był jej pożegnaniem z rolą. Ogromne zainteresowanie wzbudził także jej występ w Traviacie w reżyserii Petera Konwitschnego w Grazu i Wiedniu. Marlis Petersen brała udział w prapremierach takich spektakli, jak: Fedra Hansa Wernera Henze w Berlinie i Brukseli, La grande magia Manfreda Trojahna w Semperoper Dresden oraz Medei Ariberta Reimanna w Operze Wiedeńskiej.
Jeżeli chodzi o repertuar koncertowy, artystka współpracowała z takimi uznanymi dyrygentami, jak: Zubin Mehta, Lorin Maazel, Antonio Pappano, Jeffrey Tate, Ingo Metzmacher czy Thomas Hengelbrock. Pracowała także ze specjalistami w wykonawstwie historycznym, jak np. René Jacobs, Ton Koopman, Trevor Pinnock i Helmuth Rilling.
W 2013 Marlis Petersen otrzymała Austriacką Teatralną Nagrodę Muzyczną za interpretację trzech głównych ról kobiecych w Opowieściach Hoffmana Offenbacha na scenie Theater an der Wien a także, po raz trzeci z rzędu, tytuł Śpiewaka Roku nadawany przez magazyn „Opernwelt”.
Plany artystyczne Marlis Petersen obejmują m.in. występy na scenie Theater an der Wien w Wiedniu (Hamlet Thomasa i Maria Stuart Donizettiego), Opery Wiedeńskiej (Manon) i Teatru Wielkiego - Opery Narodowej (debiut w partii Marietty w Umarłym mieście Korngolda). Artystka weźmie także udział w ceremonii otwarcia Elbphilharmonie w Hamburgu, gdzie zaśpiewa w prapremierze oratorium Arche Jörga Widmanna pod batutą Kenta Nagano.
fot. archiwum artystki