William Louis Petersen (Evanston, 21 febbraio 1953) è un attore statunitense.
Ha frequentato la Bishop Kelly High School a Boise, Idaho e la Idaho State University, dove era entrato per una borsa di studio sportiva e dove ha scoperto quasi per caso il suo amore per la recitazione. Dopo la laurea si è recato in Spagna per uno studio sulla recitazione di Shakespeare. Dopo il suo ritorno negli USA nel 1980 la sua carriera inizia con il teatro, recitando allo Steppenwolf Theater di Chicago e fondando la Remains Theater Ensemble.
L'anno successivo è l'anno dell'incontro con il cinema e del debutto a Broadway. L'esordio al cinema con il film del 1981 Strade violente diretto da Michael Mann fece subito vedere la sua bravura in film basati su storie di crimine, che nel corso degli anni gli servirà per alcuni dei suoi più importanti lavori. Un altro film di buon successo interpretato da Petersen è Vivere e morire a Los Angeles, girato nel 1985, in cui interpreta un agente federale il cui scopo è dare la caccia ad un falsario che ha fatto uccidere il collega e amico. In questo film va inoltre rilevato il debutto cinematografico di John Turturro, allora ventottenne. Tra le parti che rifiutò, quella di Henry Hill in Quei bravi ragazzi andata poi a Ray Liotta.