Petra Seeger begann 1979 als Regisseurin von TV-Dokumentarfilmen zu arbeiten, zunächst in Zusammenarbeit mit anderen Regisseur*innen. Ihr Debüt gab sie mit "Gsellmanns Augenfutter" (1979, zusammen mit Jürgen Heiter), das Porträt eines exzentrischen österreichischen Bauern, der seit 25 Jahren eine "Weltmaschine" aus Müll und Kitschobjekten baut. Es folgten "Schule im 3. Reich" (1980, zusammen mit Heiter) und "Turin - Santo Stefano Belbo" (1984), über den Schriftsteller Cesare Pavese. 

Zwischen 1982 und 1987 arbeitete sie auch als Regieassistentin bei verschiedenen Spielfilmen, darunter Rudolf Thomes "System ohne Schatten" (1983) und "Tarot" (1986); als Schauspielerin wirkte sie unter anderem in Thomes Kurzfilm "Zwei Bilder" (1984), zu dem sie auch das Drehbuch geschrieben hatte, und in Martin Theo Kriegers "Zischke" (1986) mit. 

In den folgenden Jahren und Jahrzehnten konzentrierte Seeger ihre Arbeit auf Dokumentationen und Filmportraits, vorwiegend für den Westdeutschen Rundfunk. Sie drehte zahlreiche lange Dokumentarfilme über Künstler und Filmemacher. In "Abschied vom Drehbuch" (1991) dokumentierte sie die Entstehung von Edgar Reitz' "Die zweite Heimat", in "Zwischen allen Stühlen" (1994) porträtierte sie Christoph Schlingensief, in "Film Is a Battleground" Rudolf Thome. In "Wim Wenders, BAP und der Oscar" (2002) zeigte sie den Filmemacher Wim Wenders bei der Arbeit – nachdem sie bei dessen Doku "Viel passiert - Der BAP Film" (2000-2002) die 2. Kamera geführt hatte.  
1999 gründete sie die Produktionsfirma Petra Seeger Film. Neben den rein dokumentarischen Arbeiten führte sie auch bei "Die Schiller-Gang" (2001) Regie, einer sechsteiligen Doku-Soap über die Mädchenclique ihrer Tochter, bei der sie auch als Kamerafrau und Produzentin verantwortlich zeichnete.  

Zusammen mit dem Produzenten Joachim von Mengershausen gründete Seeger 2006 die Produktionsfirma FilmForm Köln. Mit dieser realisierte sie den Kino-Dokumentarfilm "Auf der Suche nach dem Gedächtnis" (2008) realisierte, ein Porträt des berühmten Hirnforschers Eric Kandel. Beim Bayerischer Filmpreis 2010 wurde er als Bester Dokumentarfilm ausgezeichnet. Eine weitere Produktion der FilmForm Köln war Ludi Boekens "Unter Bauern" (DE/FR 2009), eine Verfilmung des autobiografischen Buchs "Retter in der Nacht" von Marga Spiegel. Daran anknüpfend drehte Seeger fürs Fernsehen die Dokumentation "Eine Herzenssache - Marga Spiegel und ihre Retter" (2010). 

Im Jahr 2018 begann Seeger mit der Arbeit an dem autobiografisch geprägten Dokudrama "Vatersland", einer filmischen Selbstreflexion und einem Porträt der von Männern dominierten 1950er und 1960er Jahre. Die Uraufführung fand im Oktober 2020 statt. Beim Festival des deutschen Films in Ludwigshafen 2021 gewann "Vatersland" den Publikumspreis. Der reguläre Kinostart erfolgte im März 2022.