De 1988 à 1994, il tourne au cours de ses études de cinéma divers courts métrages et collabore à d'autres films, notamment ceux réalisés par Harun Farocki, Harmut Bitomsky et Thomas Arslan. Son film de sortie d'école en 1994 est le téléfilm Pilotes, coproduit par la société de production Schramm Films avec laquelle Petzold collabore depuis cette date. Il réalise ensuite deux autres téléfilms policiers Cuba Libre (1996) et Die Beischlafdiebin (1998). C'est en 2000 qu'il réalise son premier long-métrage sorti en salles : Contrôle d'identité (Die Innere Sicherheit) dont il signe également le scénario.
Ce film fera de Christian Petzold l'un des chefs de file de la "nouvelle vague" du cinéma allemand (et notamment de ce qu'on a appelé l'"école de Berlin")[réf. souhaitée] et lui permettra d'être, par la suite, fréquemment, sélectionné en compétition au Festival de Berlin et au Festival de Venise.
2011 : Etwas Besseres als den Tod (téléfilm) (projet collectif Dreileben-Trois vies autour du même fait divers. Les autres volets sont réalisés par Dominik Graf et Christoph Hochhäusler)
