Henning Petersen était chauffeur de profession. Sa carrière sportive a débuté au sein du club cycliste 1.C.C. Copenhague. Il participa aux Jeux olympiques d'été de 1964 à Tokyo. Lors du contre-la-montre par équipes, le Danemark, composé de Flemming Gleerup Hansen, Henning Petersen, Ole Højlund et Ole Ritter, termina 7e. Aux Championnats du monde de cyclisme sur route UCI de 1967, il remporta la médaille d'argent du contre-la-montre par équipes avec Leif Mortensen, Jørgen Emil Hansen et Verner Blaudzun. En 1966, il remporta le championnat national du contre-la-montre par équipes avec Per Nørup-Hansen, Finn Jensen Strausholm et Svend Erik Bjerg. En 1967, il remporta le titre avec Per Nørup-Hansen, Svend Erik Bjerg et Finn Stavnsholdt. Il avait terminé deuxième en 1964. Lors de la Course de la Paix, il s'était classé 20e au général en 1963, 50e en 1964 et 61e en 1967. En 1968, il a couru une saison comme cycliste professionnel pour l'équipe italienne Germanvox-Wega. Il n'a pas terminé le Tour d'Italie 1968.
