Anja Petersen commence a ses études de musique avec le violon et la pédagogie de musique au Conservatoire Supérieur de Musique de Stuttgart avant qu’elle se tourne vers le chant. Elle acheva ses études avec la meilleure note de qualité supérieure. Pendant ses études elle fût membre de l’ensemble vocal contemporain Neue Vokalsolisten Stuttgart avec lequel elle se produisit dans de nombreux concerts internationaux.
De 2002 à 2007 Anja Petersen, à cette époque encore connue sous son nom de jeune-fille Anja Metzger, fût membre de l’ensemble de l’Opéra de Oldenbourg où elle tenait de nombreux rôles de colorature lyrique. Elle fît des tournées avec des productions d’opérettes avec l’orchestre de la Radio WDR, dans le rôle de „Blonde“ au Théatre National de Wiesbade, au Théatre de Brême et à la Semperoper de Dresde, au New European Festival dans le rôle de la „Reine de la Nuit“ et à l’Opéra National de Stuttgart dans le rôle de „Polyneikes“ dans la première mondiale de l’opéra de chambre de Younghi Pagh-Paan „Ombre de lune“ („Mondschatten“). La saison 2007/08 l’attacha à l’ensemble du Théatre de Augsburg.
Depuis 2010 Anja Petersen fait partie du choeur de chambre RIAS Kammerchor de Berlin et continue au delà sa carrière de soliste indépendante avec un répertoire du baroque au contemporain.
En 2014, 2015 et 2020 elle enseigna à l’Université des Arts (UdK) de Berlin. Dans les années 2014 et 2017 elle donna des concerts avec l’orchestre symphonique de la Radio bavaroise et tena en 2016 le rôle de „Lady Macbeth“ dans l’opéra „Macbeth“ de Frank Schwemmer à Berlin, et en 2017 elle incarna avec grand succès le premier rôle féminin dans l’oeuvre „Le locataire“ („Der Mieter“) de Arnulf Herrmann à l’Opéra de Francfort.
En 2005 le prix „Erna Schlüter“ fût décerné à Anja Petersen pour „réalisations de chant exceptionnelles dès le plus jeune âge“.

Anja Petersen absolvierte zunächst ein Violin- und Schulmusikstudium in Stuttgart, bevor sie sich dem Gesang zuwandte und ihre Ausbildung mit Konzertexamen und Bestnote abschloss. Während ihrer Studienzeit war sie Mitglied der Neuen Vocalsolisten Stuttgart, mit denen sie in zahlreichen Konzerten international zu hören war.
Von 2002 bis 2007 war Anja Petersen unter ihrem damaligen Familiennamen Metzger Ensemblemitglied des Oldenburgischen Staatstheaters, wo sie viele Rollen des lyrischen Koloraturfaches gestaltete. Sie gastierte in einigen Operettenproduktionen des WDR-Rundfunkorchesters, als Blonde am Staatstheater Wiesbaden, dem Theater Bremen und der Semperoper Dresden, beim New European Festival als Königin der Nacht und an der Staatsoper Stuttgart als Polyneikes in der Uraufführung von Younghi Pagh-Paans Kammeroper „Mondschatten“. In der Spielzeit 2007/08 gehörte sie dem Ensemble des Theaters Augsburg an.
Seit 2010 ist Anja Petersen Mitglied des RIAS Kammerchores Berlin und darüber hinaus mit einem vom Barock bis zur Moderne reichenden Repertoire freischaffend tätig. 2014, 2015 und 2020 hatte sie Lehraufträge an der UdK Berlin inne. In den Jahren 2014 und 2017 trat sie als Solistin mit dem Symphonieorchester des Bayerischen Rundfunks auf, 2016 war sie Lady Macbeth in Frank Schwemmers Oper „Macbeth“ in Berlin, und 2017 sang sie mit großem Erfolg die weibliche Hauptrolle in Arnulf Herrmanns Werk „Der Mieter“ an der Oper Frankfurt. 2005 wurde Anja Petersen der Erna-Schlüter-Preis für „aussergewöhnliche sängerische Leistungen in jungen Jahren“ verliehen.

Anja Petersen has been a member of RIAS Kammerchor Berlin since 2010. In addition, she is active as a much-engaged soloist of predominantly concert and oratorio repertory. After vocal studies in Stuttgart she was a member of the Oldenburg State Theatre ensemble, where she developed and performed many lyric coloratura roles. Later, as a freelance singer she gave guest performances at the Semperoper Dresden, at the Bremen Theatre and at the State Operas of Stuttgart and Wiesbaden. In 2014, 2015 and 2020 Anja Petersen held lectureships at the Berlin University of the Arts. In October 2014 she jumped in, at extremely short notice, to substitute at the world premiere of Arnulf Herrmann's Drei Gesänge am offenen Fenster with the Bavarian Radio Symphony Orchestra in Munich, a feat for which she received wide acclaim from the international press. In 2016 she was Lady Macbeth in the world premiere of Frank Schwemmer's opera Macbeth in Berlin, and in 2017 she sang the female leading part Johanna in Arnulf Herrmann's opera Der Mieter at the Oper Frankfurt. In November 2021, Anja Petersen appeared with BRSO and Pablo Heras-Casado in the world premiere of Herrmann's Tour de Trance.