Po raz pierwszy na arenie międzynarodowej Petra Majdič pojawiła się 4 stycznia 1998 roku w zawodach Pucharu Kontynentalnego w niemieckimFurtwangen. Zajęła tam trzynaste miejsce w biegu na 5 km techniką klasyczną. W styczniu 1998 roku wystąpiła także na mistrzostwach świata juniorów w Pontresinie, gdzie zajęła 21. miejsce w biegu na 5 km stylem dowolnym, a na dystansie 15 km stylem klasycznym uplasowała się jedną pozycję niżej. W Pucharze Świata zadebiutowała 9 stycznia 1999 roku w Novym Měscie, zajmując 69. miejsce w biegu na 10 km klasykiem. Był to jej jedyny start pucharowy w sezonie 1998/1999 i wobec braku zdobytych punktów nie została uwzględniona w klasyfikacji generalnej. Na początku lutego 1999 roku zajęła między innymi szóste miejsce w biegu na 5 km klasykiem podczas mistrzostw świata juniorów w Saalfelden. Już dwa tygodnie później wzięła udział w swojej pierwszej imprezie w kategorii seniorów – mistrzostwach świata w Ramsau. Wystąpiła tam w dwóch biegach: na 5 km klasykiem oraz łączonym na 15 km, w obu przypadkach plasując się w szóstej dziesiątce.
Pierwsze pucharowe punkty Petra zdobyła 26 lutego 2000 roku w Falun, zajmując 30. miejsce w biegu na 10 km techniką dowolną. W sezonie 1999/2000 pojawiła się jeszcze sześciokrotnie, ale punkty zdobyła tylko raz: 17 marca 2000 roku we włoskimBormio zajęła dwudzieste miejsce w biegu na 5 km klasykiem. W klasyfikacji generalnej zajęła dzięki temu 69. miejsce. Jeszcze lepiej wypadła w sezonie 2000/2001, który ukończyła na 34. pozycji. Po słabszym początku, kiedy nie zdobyła punktów w trzech kolejnych biegach, zajęła 30. miejsce na dystansie 15 km stylem klasycznym 20 grudnia 2000 roku w Davos. W swoim kolejnym starcie 1 lutego 2001 roku w Asiago wywalczyła swoje pierwsze pucharowe podium, zajmując trzecie miejsce w sprincie techniką dowolną. W pozostałej części sezonu punktowała czterokrotnie, przy czym w czołowej dziesiątce znalazła się jeszcze raz – 10 marca 2001 roku w Oslo zajęła dziewiąte miejsce w biegu na 30 km stylem klasycznym. W lutym 2001 roku startowała na mistrzostwach świata w Lahti, gdzie zajęła między innymi czternaste miejsce w biegu na 15 km i siedemnaste na 10 km techniką klasyczną. Na tych samych mistrzostwach razem z koleżankami z reprezentacji zajęła jedenaste miejsce w sztafecie.
Startując na igrzyskach olimpijskich w Salt Lake City była siódma w biegu łączonym na 15 km, w biegu na 10 km zajęła ósme miejsce, a w sztafecie Słowenki z Majdič w składzie zajęły dziewiątą pozycję. W rywalizacji pucharowej pięciokrotnie plasowała się w czołowej dziesiątce, przy czym dwukrotnie stanęła na podium: 19 grudnia 2001 roku w Asiago zajęła drugie miejsce w sprincie stylem klasycznym, wynik ten powtarzając także 5 marca 2002 roku w Sztokholmie. W obu przypadkach Słowenka uległa tylko Bente Skari z Norwegii. W klasyfikacji generalnej sezonu 2001/2002 z dorobkiem 311 punktów zajęła czternaste miejsce, a w klasyfikacji sprinterskiej była dziewiąta. W sezonie 2002/2003 punktowała w większości startów pucharowych. Cztery razy znalazła się w pierwszej dziesiątce, jednak na podium nie stanęła ani razu. Najlepszy wynik osiągnęła 12 stycznia 2003 roku w Otepää, gdzie była czwarta w biegu na 15 km stylem klasycznym. W klasyfikacji generalnej, podobnie jak przed rokiem, zajęła czternaste miejsce. Na mistrzostwach świata w Val di Fiemme w lutym 2003 roku we wszystkich swoich startach plasowała się w czołówce. W biegu na 10 km techniką klasyczną była siódma, na dystansie 15 km klasykiem zajęła ósme miejsce, a bieg łączony na 10 km ukończyła na dziesiątej pozycji.
W dwóch kolejnych sezonach nie stawała na podium zawodów pucharowych. Najbliżej tego celu była 16 stycznia 2005 roku w Novym Měscie, gdzie zajęła czwarte miejsce w sprincie stylem klasycznym. W klasyfikacji generalnej Pucharu świata zajmowała kolejno 23. miejsce w sezonie 2003/2004 i trzynaste w sezonie 2004/2005. Podczas mistrzostw świata w Oberstdorfie w 2005 roku jej najlepszym wynikiem było piętnaste miejsce w sprincie klasykiem. Na podium zawodów Pucharu Świata wróciła 5 lutego 2006 roku, kiedy zajęła trzecie miejsce w biegu na 10 km stylem klasycznym w Davos. Był to ostatni start pucharowy przed igrzyskami olimpijskimi w Turynie, podczas których największym osiągnięciem Petry było zajęcie szóstego miejsca w biegu na 10 km stylem klasycznym. Po powrocie do rywalizacji pucharowej Majdič już w pierwszym starcie ponownie stanęła na podium, tym razem zajmując trzecie miejsce na dystansie 45 km klasykiem w Mora 4 marca 2006 roku. W pozostałych zawodach punktowała czterokrotnie, w tym 9 marca 2006 roku w Drammen odniosła swoje pierwsze pucharowe zwycięstwo, wygrywając sprint techniką klasyczną.
Pierwszy medal w karierze zdobyła na mistrzostwach świata w Sapporo w 2007 roku. W sprincie techniką klasyczną była druga, ustępując tylko Norweżce Astrid Jacobsen, która wyprzedziła ją o zaledwie 0.2 sekundy. Jest to najlepszy wynik Petry na mistrzostwach świata. Blisko kolejnego medalu była na dystansie 30 km stylem klasycznym, który ukończyła na piątej pozycji. Na tych samych mistrzostwach zajęła także dziewiąte miejsce w sprincie drużynowym stylem dowolnym. W zawodach pucharowych aż trzynaście razy znalazła się w pierwszej dziesiątce, w tym pięciokrotnie stawała na podium: 25 listopada 2006 roku w Ruce wygrała sprint stylem dowolnym, 13 grudnia była druga w biegu na 10 km klasykiem w Cogne, 14 marca 2007 roku w Drammen była druga w sprincie klasykiem, trzy dni później była trzecia w biegu na 30 km klasykiem w Oslo, a 21 marca 2007 roku zwyciężyła w sprincie stylem klasycznym w Sztokholmie. Słowenka wzięła także udział w pierwszej edycjiTour de Ski, punktując w pięciu z sześciu etapów, przy czym 3 stycznia 2007 roku w Oberstdorfie wygrała bieg na 10 km klasykiem. W klasyfikacji końcowej była szósta, tracąc do zwyciężczyni, FinkiVirpi Kuitunen blisko dwie minuty. W klasyfikacji generalnej sezonu 2006/2007 pozwoliło jej to zająć czwarte miejsce, 50 punktów za CzeszkąKateřiną Neumannovą. W klasyfikacji sprinterskiej wyprzedziła ją tylko Virpi Kuitunen, a w klasyfikacji biegów dystansowych Majdič zajęła ósme miejsce.
W sezonie 2007/2008 była piąta w klasyfikacji generalnej. Trzynaście razy zajmowała miejsca w pierwszej dziesiątce, przy czym 1 grudnia w Ruce, 23 stycznia w Canmore i 10 lutego w Otepää wygrywała w sprincie stylem klasycznym, a 27 lutego w Sztokholmie i 5 marca 2008 roku w Drammen była druga w tej samej konkurencji. W drugim Tour de Ski punktowała we wszystkich etapach, ale na podium nie stawała. W klasyfikacji końcowej była zaledwie osiemnasta, tracąc do zwyciężczyni, Charlotte Kalli ze Szwecji ponad cztery i pół minuty. Bardzo dobre wyniki w sprintach dały jej zwycięstwo w klasyfikacji sprinterskiej, bezpośrednio przed Astrid Jacobsen i Virpi Kuitunen.
Najlepsze wyniki Petra osiągnęła w sezonie 2008/2009. Punktowała we wszystkich startach pucharowych, dziesięciokrotnie stając na podium, z czego aż osiem biegów wygrała. Pierwsze zwycięstwo odniosła 29 listopada w Ruce w sprincie klasykiem, następnie wygrywała sprint stylem dowolnym 14 grudnia w Davos i 20 grudnia w Düsseldorfie, sprint klasykiem 24 stycznia w Otepää, sprint stylem dowolnym w Valdidentro 13 lutego i 7 marca w Lahti oraz sprint i bieg na 30 km techniką klasyczną w Trondheim 12 i 14 marca 2009 roku. Ponadto była trzecia w trzeciej edycji Tour de Ski oraz biegu na 10 km stylem klasycznym w Valdidentro 12 lutego 2009 r. W TdS punktowała we wszystkich etapach, nie zajmując miejsca niższego niż szesnaste. W czterech etapach stawała na podium, jednakże w żadnym nie wygrała. W klasyfikacji końcowej wyprzedziły ją tylko dwie Finki: Virpi Kuitunen i Aino-Kaisa Saarinen. W sezonie tym Majdič praktycznie aż do ostatnich zawodów toczyła walkę o zwycięstwo w klasyfikacji generalnej z PolkąJustyną Kowalczyk. Ostatecznie Kowalczyk okazała się lepsza, wyprzedzając Słowenkę o 100 punktów, trzecie miejsce zajęła Saarinen, której strata do Petry wyniosła ponad 200 punktów. W klasyfikacji sprinterskiej Majdič po raz drugi w karierze okazała się najlepsza, a w klasyfikacji dystansowej była piąta. Na mistrzostwach świata w Libercu w lutym 2009 roku nie zdobyła jednak medalu. Najlepiej wypadła w biegu łączonym na 15 km, który ukończyła na dziewiątym miejscu. W sprincie techniką dowolną była dwunasta, a biegu na 10 km klasykiem zajęła piętnaste miejsce.
Najważniejszym punktem sezonu 2009/2010 były igrzyska olimpijskie w Vancouver. Petra wystąpiła tam tylko w sprincie techniką klasyczną, w którym wywalczyła brązowy medal, przegrywając tylko z Norweżką Marit Bjørgen i Justyną Kowalczyk. Sukces był tym większy, że na treningu tuż przed startem eliminacji Słowenka spadła z trzymetrowej skarpy[6] łamiąc sobie cztery żebra i uszkadzając opłucną[7]. Był to pierwszy indywidualny medal olimpijski dla Słowenii od 16 lat. Dwa dni po tym biegu Petra otrzymała Złoty Order za Zasługi od prezydenta Słowenii Danilo Türka[8][9] Parę dni później wspólnie z KanadyjkąJoannie Rochette otrzymała nagrodę Terry Fox Award, za swoją postawę na igrzyskach olimpijskich w Vancouver[10]. W zawodach pucharowych pięciokrotnie stawała na podium: 28 listopada w Ruce była druga w sprincie klasykiem, 13 grudnia w Davos wygrała sprint stylem dowolnym, 20 grudnia w Rogli była trzecia w biegu na 10 km klasykiem, w czwartym Tour de Ski była druga, drugie miejsce zajęła także w sprincie klasykiem 17 stycznia w Otepää. W Tour de Ski Słowenka nie zajęła miejsca niższego niż dwunaste, przy czym trzy etapy wygrała i prowadziła w całym cyklu aż do ostatniego etapu. Przed podbiegiem na Alpe Cermis Petra miała ponad pół minuty przewagi nad Justyną Kowalczyk, jednak Polka nie tylko odrobiła stratę, ale jeszcze przyspieszyła i ostatecznie wyprzedziła Majdič o 19 sekund. Trzecie miejsce w klasyfikacji końcowej zajęła Włoszka Arianna Follis. W klasyfikacji generalnej całego sezonu, podobnie jak w klasyfikacji sprinterskiej pierwsze miejsce zajęła Kowalczyk przed Bjørgen i Majdič.
W 2010 r. Słowenka ogłosiła, że sezon 2010/2011 będzie ostatnim w jej karierze[11]. Z powodu obrażeń odniesionych w upadku podczas igrzysk w Vancouver Petra nie wystąpiła w żadnym biegu aż do zakończenia sezonu 2009/2010. Mimo długiej przerwy zdołała się jednak przygotować do kolejnego sezonu, który zaczęła od zajęcia dwunastego miejsca w biegu na 10 km techniką dowolną. W rozgrywanym w Ruce cyklu Ruka Triple stawała na podium w dwóch etapach: najpierw była druga w sprincie, a dzień później zajęła trzecie miejsce w biegu na 5 km klasykiem. Cały cykl ukończyła na szóstej pozycji. W kolejnych zawodach zajęła między innymi czwarte miejsce 12 grudnia w sprincie stylem dowolnym w Davos. Jej kolejnym startem była piąta edycja Tour de Ski, w którym w siedmiu pierwszych etapach plasowała się w czołowej dziesiątce, z czego dwukrotnie wygrała. W ostatnim etapie cyklu zajęła jednak dopiero 19. miejsce i w klasyfikacji końcowej spadła z czwartego na szóstej miejsce, tracąc do zwycięskiej Kowalczyk blisko pięć minut. W drugiej części sezonu pięć razy znalazła się w pierwszej dziesiątce, na podium stając 23 stycznia w Otepää, gdzie wygrała sprint klasykiem oraz 13 marca 2011 roku w Lahti, gdzie zajęła trzecie miejsce w tej samej konkurencji. W klasyfikacji generalnej była szósta, jednak w klasyfikacji sprinterskiej po raz trzeci zdobyła Małą Kryształową Kulę, wyprzedzając Ariannę Follis i AmerykankęKikkan Randall. Podczas mistrzostw świata w Oslo w 2011 roku zdobyła swój ostatni medal, zajmując trzecie miejsce w sprincie stylem dowolnym. Wyprzedziły ją tylko Marit Bjørgen i Arianna Follis, a o trzecim miejscu Majdič zdecydował fotofinisz, ponieważ na metę wpadła równocześnie ze swoją rodaczką Vesną Fabjan. Na tych samych mistrzostwach była także piąta w sprincie drużynowym stylem klasycznym oraz siódma w sztafecie. Zgodnie ze wcześniejszymi zapowiedziami w 2011 roku zakończyła karierę.
W latach 2006, 2007 i 2009 była wybierana najlepszym sportowcem Słowenii. Obecnie mieszka w miejscowości Brinje, niedaleko Lublany. Ukończyła studia na wydziale nauk społecznych. Oprócz słoweńskiego Petra posługuje się także angielskim i częściowo niemieckim. Jest pierwszą słoweńską biegaczką narciarską, która wygrała zawody Pucharu Świata, a także pierwszą, która zdobyła medal na mistrzostwach świata i zimowych igrzyskach olimpijskich.