Агнесса Оскаровна Петерсон родилась 9 сентября в Эстонии.

Окончила Театральное училище имени Бориса Щукина (курс  В. К. Львовой) в 1960 году. В том же году принята в труппу Театра имени  Евгения Вахтангова.

Среди ролей: Софья (Пьеса без названия), Фрузя (Дамы и гусары), Наташа (Потерянный сын), Рабыня (Принцесса Турандот), Гостья (Идиот), Баба (Виринея), Лиза (Дети солнца), Машинистка (Человек с ружьем), Виржини (Западня), Лиля (Молодость театра), Юрист (Из жизни деловой женщины), Сервилия (Мартовские иды), Евдокия, царица (Государь ты наш, батюшка…), Матильда (Чудо святого Антония), Агнес Прингл (Земля обетованная), Фрау Фаренкопф (Ночь игуаны), Люси Мерикур (Будьте здоровы), старая горничная (Пиковая дама), Госпожа Гусман (Дон Жуан и Сганарель), Нина Круглова (Всюду деньги, деньги, деньги…), Тетушка Ивонны (Принцесса Ивонна), Гаранина (Прощальные гастроли),  Жительница Гюллена (Визит дамы в спектакле Пристань), Агнетта, прима театра (Вечер шутов), Сара Абрамовна (Баба Шанель), Жанна Тэбу (Театр), Мать Гвидо (Феллини 8 1/2) и др.

В кино дебютировала за год до окончания учебного заведения в ленте «Подводные рифы» Виктора Невежина в 1959 году. В 1964 снялась в драме Григория Чухрая «Жили-были старик со старухой», в 1965-ом сыграла Илону в фильме «Лёгкая рука».

В дальнейшем снималась в фильмах-спектаклях: «Судьба играет человеком», «Драма на охоте», «Тысяча душ», «Западня», «Дамы и гусары», «Доктор философии», «Мистерия Буфф», «Будьте здоровы», «Мартовские иды» и др.

Агнесса Петерсон работала на радио, участвовала в радио постановках: Пьер Шено «Будьте здоровы», Александр Фредо «Дамы и гусары», Бранислав Нушич «Доктор философии».

Сегодня Агнесса Петерсон по-прежнему полна творческих сил. Актриса играет в постановках: «Последние луны» (обитательница пансиона), «Улыбнись нам, Господи» (жительница местечка Мишкине), «Минетти» (супружеская пара), «Баба Шанель» (Сара Абрамовна)  и др.

В Театре C.А.Д. (Театр Содружества Артистов Драмы) сыграла главную роль в спектакле «Аркадия» (по мотивам пьесы К. Хиггинса «Гарольд и Мод»).

В конце 2016 года библиография Вахтанговского театра пополнилась новым изданием – «Признание в любви. Агнесса Петерсон. Театральные мемуары».

Книга Агнессы Оскаровны Петерсон охватывает огромный временной отрезок: с конца 50-х годов ХХ века и до нашего времени. Перед читателями предстают великие актёры: Николай Гриценко, Юрий Любимов, Юрий Яковлев, Михаил Ульянов, Николай Плотников, Василий Лановой и блистательные вахтанговские актрисы: Цецилия Мансурова, Людмила Целиковская, Лариса Пашкова, Юлия Борисова. Актриса рассказывает и о знаменитых режиссёрах – Рубене и Евгении Симоновых, Александре Ремизовой, Петре Фоменко, Римасе Туминасе.

Награждена Медалью Ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени, 2021 г.