Petra Dersch studierte Biologie an den Universitäten Ulm und Konstanz. Ihre Doktorarbeit führte sie am Max Planck-Institut für Terrestrische Mikrobiologie und der Universität Konstanz durch und ging anschließend als Post-Doc zu Prof. Dr. Ralph Isberg an die Tufts Medical School, Boston, USA. Zurück in Deutschland, arbeitete Petra Dersch als Wissenschaftliche Assistentin an der Freien Universität Berlin und leitete ab 2003 eine Nachwuchsgruppe am Robert Koch-Institut in Berlin. Seit 2005 ist sie im Fach Mikrobiologie habilitiert. Im Jahr 2005 folgte Petra Dersch dem Ruf nach Braunschweig – zunächst an das Institut für Mikrobiologie der Technischen Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig und im Jahr 2008 ist sie zusätzlich Abteilungsleiterin der Molekularen Infektionsbiologie am Helmholtz¬zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig geworden. Seit 2019 leitet sie als Direktorin das Institut für Infektiologie am Zentrum für Molekularbiologie der Entzündung.