Kathi Petersen ist Mitglied der SPD. Seit 2008 ist sie Stadträtin in Schweinfurt. Bei der Landtagswahl 2013 zog sie über die Liste im Wahlkreis Unterfranken in den Landtag in Bayern ein. 2018 kandidiert sie nun erneut für den Landtag. Sie ist Direktkandidatin der SPD im Stimmkreis 608 Schweinfurt.

Petersen ist verheiratet und hat zwei Kinder.