[4]​[5]​ Antes de su carrera en el cine y la televisión, actuó junto a una compañía de danza y canto infantil a partir de los siete años.

[6]​[7]​ Pettyjohn en sus inicios desempeño varios roles como actriz invitada en series de televisión como Revolution, Criminal Minds: Suspect Behavior,[8]​ y Grimm.

[9]​ En 2012 protagonizó la película infantil An American Girl: McKenna Shoots for the Stars, donde interpretó a la niña gimnasta McKenna Brooks.

En enero de 2017 fue estrenada por Nickelodeon la película Rufus 2, donde la joven fue coprotagonista interpretando a Kat.

[10]​ Poco después de grabar el último episodio de School of Rock, fue añadida al elenco de la película Destroyer, perteneciente al género policíaco dirigida por Karyn Kusama, estrenada oficialmente en diciembre de 2018.