Petra Rettberg erhielt 1983 ihr Diplom in Chemie und 1988 ihren Doktortitel in Biochemie/Molekularbiologie an der Ruhr-Universität Bochum. Von 1988 bis 1992 leitete sie die Arbeitsgruppe Strahlenbiologie am Max-Planck-Institut für Strahlenchemie in Mülheim a.d. Ruhr. Von 1993 bis 2024 arbeitete sie beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) im Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin, seit 1996 als Leiterin der Forschungsgruppe Astrobiologie und seit 2005 als stellvertretende Leiterin der Abteilung Strahlenbiologie. Aktuell ist sie beratend für die europäische Weltraumagentur ESA tätig. Ihre Forschungsinteressen sind Astrobiologie, Bewohnbarkeit, Mikrobiologie, Leben in extremen Umgebungen, Strahlenbiologie, Photobiologie und Planetenschutz. Sie ist leitende Forscherin und Co-Forscherin bei zahlreichen Weltraumexperimenten auf Satelliten, Space Shuttles und Raumstationen. Sie ist Autorin von mehr als 270 Artikeln in von Experten begutachteten Fachzeitschriften sowie von Buchkapiteln und Konferenzberichten. Von der International Academy of Astronautics wurde sie mit dem IAF Distinguished Service Award und dem IAF Life Sciences Book Award ausgezeichnet.