Christian Petzold fait son service civil dans un ciné-club de Rhénanie puis part à Berlin finir des études de lettres et de théâtre. Il passe ensuite par l'Académie de cinéma et de télévision de Berlin et devient assistant à la réalisation. De 1987 à 1993, Petzold réalise des courts métrages, téléfilms et documentaires pour les chaines de télévision ZDF et Arte. Il dirige son premier film, Contrôle d’identité, en 2000 qui traite de la vie d’un couple de terroristes d’extrême gauche. Ce premier film lui confère une certaine reconnaissance et Christian Petzold met en scène en 2003 son deuxième film : Wolfsburg, drame dans lequel un vendeur de voitures effectue un délit de fuite après un accident et doit en subir les conséquences.

Son troisième film Fantômes est un drame social qui s’intéresse au sort de Nina, une orpheline aux problèmes mentaux qui vit une histoire d’amour avec un homme. En 2007, le réalisateur dirige pour la première fois Nina Hoss, comédienne qui figurera au casting de tous ses films suivants : Yella, Jerichow, Barbara et Phoenix. Yella suit le parcours d’une femme violentée par son mari tandis que Jerichow fait le récit d’un triangle amoureux entre un vétéran de guerre, une femme séduisante et son mari. Enfin, Barbara se centre sur un jeune médecin qui vient travailler dans un petit hôpital de campagne dans l’Allemagne des années 1980.

En 2014 sort Phoenix, drame dans lequel le cinéaste retrouve sa comédienne fétiche qui incarne une rescapée des camps de concentration qui part à la recherche de son mari.