[2]​ Petersen comenzó su carrera en el mundo del espectáculo a los 10 años como Mouseketeer en la serie de televisión Mickey Mouse Club.

Debido a la fama consiguida en The Donna Reed Show, Petersen recibió ofertas para grabar canciones y llegó a tener sencillos de gran éxito con temas como "She Can't Find Her Keys" (presentada en The Donna Reed Show ), "Amy" y "Lollipops and Roses".

En 1962, la canción pop adolescente sentimental "My Dad" fue interpretada en The Donna Reed Show con Petersen cantando la melodía para su padre en pantalla, el actor Carl Betz.

También grabó para la compañía discográfica Motown sencillos de éxitos como "Chained" y "A Little Bit For Sandy".

En 1977, publicó su autobiografía, titulada Walt, Mickey and Me: Confessions of the First Ex-Mouseketeer.