Issu d’une famille bourgeoise d’ascendance danoise, Armand Petersen naît à Bâle, en Suisse, le 25 novembre 1891. Il entre après ses études à l’Ecole des Arts Industriels de Genève, dans la classe d’orfèvrerie et de ciselure avant de voyager pendant 10 ans en Europe. En 1914, il s’installe à Paris, près de Montparnasse, pour continuer sa formation de ciseleur … qu’il doit cependant abandonner quand éclate la Première Guerre Mondiale. Petersen se rend alors en Hongrie et s’inscrit à l’Ecole Centrale d’Art de Budapest, toujours en orfèvrerie. Ensuite et pendant quatre ans, il étudie auprès du sculpteur animalier hongrois Bêla Markup, qui l’initie au modelage et lui fait découvrir les animaux du Parc zoologique de Budapest.
Petersen réalise sa première commande particulière en 1923 (elle sera fondue à Paris l’année suivante) : la sculpture de "Rex ", un chien danois. S’il a d’abord mesuré l’animal sous toutes les coutures afin de le portraitiser au plus juste, la manière de Petersen est déjà là : un juste équilibre entre exactitude morphologique et tension expressive, soutenu par des lignes souples et lisses.
A partir de 1924, Petersen s’installe à Paris et expose régulièrement ses œuvres aux Salon d’Automne et des Tuileries ainsi que dans ceux organisés par la Société des Artistes Décorateurs.
Le choix de l’animal s’affirme autour de 1926, tandis que le sculpteur qui travaille à la fauverie du Jardin des Plantes rejoint les élèves de François Pompon qui y enseigne sa méthode du modelage "ad-vivum" (d'après-nature). Si Petersen développe un style proche de celui de Pompon, il s’en éloigne néanmoins en conservant à ses sculptures une personnalité, une expression propre, représentant UN animal comme un portraitiste là où son maître représente l’Animal.
La presse et la critique ne manquent pas de souligner la subtilité expressive de Petersen qui "ne signe guère que des chefs-d'œuvre (…) avec tant de tendresse que toute la vie [des] bêtes s'y montre touchante et vraie" .
Edgar Brandt le remarque et lorsque la première exposition des "Animaliers" se tient dans sa Galerie en 1927, Petersen y présente des œuvres aux côtés de François Pompon, Marcel Sandoz ou Charles Artus.
En 1928 et après avoir réalisé des commandes publiques pour la ville de Bâle, il signe un contrat avec la Manufacture de Sèvres pour l’édition de 3 modèles en grès tendre coloré, ainsi qu’avec la Manufacture Nationale Bing & Grondahl (Copenhague) pour promouvoir la toute nouvelle porcelaine mate qu’elle vient de développer.
L’artiste expose ensuite dans de nombreuses expositions et Salons, participe en tant qu’invité au "Groupe des Douze" créé à l’initiative de Pompon et obtient en 1935 la nationalité française.
A la déclaration de la guerre en 1939, la mobilisation dissout le groupe des animaliers. Petersen n’est pas appelé et reste en France, mais ce sera pour voir les animaux du Jardin des Plantes abattus (faute de pouvoir être nourris et échapper lui-même de justesse à la déportation en 1943 après avoir été arrêté par les allemands sur dénonciation. Après la guerre, Petersen reprend ses expositions, aux côtés notamment de Marcel Sandoz et de Paul Jouve. Il réexplore également alors le thème des personnages.
En juillet 1950, Petersen perd sa femme Sabine Demestre, son soutien depuis 13 ans.
S’il revient alors à l’animal et s’inspire davantage du style égyptien, Petersen n’en est pas moins en difficultés financières et quitte Paris pour s’installer à La Maison des Artistes, à Nogent-sur-Marne.
Là, le sculpteur va parfaire son œuvre, créer de nouveaux modèles et vendre pour la première fois à l’État .
En 1959, Petersen fait la rencontre du jeune sculpteur Etienne Audfray, avec qui il se lie d’amitié et dont il encouragera la vocation en le prenant pour élève puis comme collaborateur.
En août 1959, la galerie Dreyfus devient le représentant exclusif de Petersen aux États-Unis. Les années suivantes, l’artiste continue à recevoir de nombreuses commandes de l’état français et à l’étranger.
Armand Petersen meurt fin 1969.