Nils Petersen (d. 6 Aralık 1988, Wernigerode) forvet mevkiinde görev yapan Alman futbolcudur. SV Werder Bremen'de kiralık olarak oynamaktadır. Petersen 2010-11 sezonunda Energie Cottbus formasıyla 25 gol atarak Bundesliga 2'de gol kralı oldu.
Kariyerine çeşitli amatör kulüplerde başlayan Petersen nihayet 2005 yılında FC Carl Zeiss Jena kulübü ile profesyonelliğe adım attı. 2007 yılında a takıma yükseldi. Petersen ilk Bundesliga 2 maçına deplasmanda 4 Şubat,2007'de 1. FC Köln'e 1-0 kaybettikleri maçta çıktı ve ilk golünü 1. FC Kaiserslautern karşısında attı. 2007-08 sezonunda 21 maça çıkıp 4 gol attı ve Bundesliga'ya yükselen Energie Cottbus takımına transfer oldu.
Petersen Bundesliga'ya yükselen takımında forma şansı bulamadı sadece son maçta Bayer 04 Leverkusen'i 3-0 yendikleri maçta 88. dakikada oyuna girdi ve ilk defa Bundesliga maçında forma giydi ancak takımı sezon sonunda küme düştü. Petersen 2009-10 sezonunda daha çok forma şansı buldu 22 maçta 10 gol attı. 2010-11 sezonunda Paderborn maçında 4 gol atarak kendi rekorunu kırdı. Sezon sonunda Bundesliga 2 gol kralı oldu ve takımı ligi 6. bitirdi. Petersen büyük kulüplerin ilgisini çekti ve Bayern Münih'e transfer oldu.