Peta Wilson a lucrat ca fotomodel în Australia şi Europa, după care în 1991 s-a mutat la Los Angeles, unde a studiat pentru a deveni actriţă.  După câteva roluri mici în filme independente, Peta a decis să participe la castingul pentru un nou serial, La Femme Nikita. Ea a primit rolul şi a jucat timp de cinci sezoane rolul agentului-asasin. Serialul s-a filmat între 1997 şi 2001.

După naşterea fiului ei, în februarie 2002, dintr-o relaţie cu Damian Harris, de care s-a despărţit în 2002, Peta Wilson a avut puţin apariţii în producţii TV sau cinematografice. A jucat alături de Sean Connery în The League of Extraordinary Gentlemen (2003), False Pretenses (2004) şi Superman Returns (2006).

În 2012, a apărut într-un film de scurt metraj – „Liberator” şi există informaţii că ar putea face parte din distribuţia unui film ce va apărea pe piaţă în 2014.