Peterson fu scelto dai San Francisco 49ers come 16º assoluto nel Draft NFL 2000[1]. Nella sua prima stagione mise a segno 47 tackle, 4 sack e 2 intercetti. Nel 2002 fu convocato per il suo primo Pro Bowl dopo avere fatto registrare 94 tackle. In sei stagioni in California totalizzò 394 tackle, 21,5 sack e 5 intercett in 79 gare, venendo convocato per due Pro Bowl.
Peterson firmò coi Seattle Seahawks prima della stagione 2006. Nella prima stagione a Seattle fu convocato per il terzo Pro Bowl dopo avere terminato con 89 tackle e un primato in carriera di 10 sack. Anche l'anno successivo fu selezionato per il Pro Bowl, terminando con 74 tackle e 9.5 sack. Nel suo terzo e ultimo anno con la franchigia fu convocato per il quinto Pro Bowl in carriera.
I Seattle Seahawks scambiarono Peterson coi Detroit Lions per il defensive tackle Cory Redding e una scelta del quinto giro del draft il 14 marzo 2009. Il 5 gennaio 2011 fu svincolato dopo due stagioni dai Lions.
^(EN) 2000 National Football League Draft, Pro Football Hall of Fame, 2012. URL consultato il 6 ottobre 2012 (archiviato dall'url originale il 3 dicembre 2013).