Кассандра Петерсон родилась 17 сентября 1949 года в Манхэттене, штат Канзас. После окончания средней школы девушка поняла, что хочет стать танцовщицей, и переехала в Лас-Вегас. В 1967 году она вышла замуж за продюсера Марка Пирсона. Постепенно ее карьера набирала обороты благодаря блестящим знакомствам: так, Элвис Пресли предложил Кассандре заняться пением, и она присоединилась к итальянской рок-группе «I Latins Ochanats». Ходили слухи, будто между Петерсон и Пресли завязался непродолжительный роман. Позднее великий Федерико Феллини пригласил Кассандру в притчу «Рим» (Roma – 1972). В молодости актриса часто снималась обнаженной. Например, она исполнила маленькую роль танцовщицы в картине про Джеймса Бонда «Бриллианты навсегда» (Diamonds Are Forever – 1971), а позднее сыграла стриптизершу в ленте «Работающие девушки» (Working Girls – 1973). Тремя годами позже Кассандра позировала без одежды для обложки альбома Тома Уэйтса «Small Change» .
Весной 1981 года умер актер Ларри Винсент, ведущий телепередачи «Ночь страха». Ему на замену пришла Майла Нурми по прозвищу Вампир, проработавшая в проекте недолгое время. Затем на пробах появилась Петерсон, представ перед продюсерами в образе Эльвиры. Кастинг прошел удачно, однако Нурми подала иск на Кассандру за то, что та скопировала ее имидж. Впрочем, суд оказался на стороне ответчика. В 1988 году Петерсон приняла участие в фильме «Эльвира – повелительница Тьмы» (Elvira Mistress of the Dark). Позже актриса призналась, что ее пригласили на роль, поскольку она умела «художественно раздеваться». Картина принесла Кассандре славу колдуньи: ей посвящали целые телешоу и комиксы. Более того, американцам так понравился ведьмовский образ, что они решили ежегодно отмечать День Эльвиры: на сегодняшний день традиция сохраняется почти двадцать лет. Петерсон в одном из интервью говорила, что успешная роль сделала ее намного увереннее в себе и, кроме того, воспитала силу воли: «Неделями сидела на диетах. Было время, когда я ела лишь манго и яблоки, пила только воду, воду, воду... Очень много воды! А сколько пришлось километров пробежать, чтобы быть подтянутой и стройной!». Ради съемок ярко-рыжая от природы девушка перекрасилась в черный цвет.
В 1992 году Кассандра выступила в Лос-Анджелесе вместе с рок-группой «U2» в рамках их гастрольного тура в поддержку альбома «ZOO». Через несколько месяцев она подала на развод со своим мужем и личным менеджером Марком Пирсоном. В 2001 году стартовали съемки картины «Эльвира-повелительница тьмы-2» (Elvira's Haunted Hills), премьера которой состоялась через пару лет на Каннском международном фестивале. Академия фантастических фильмов, фэнтази и фильмов ужасов США номинировала Петерсон на приз «Сатурн» за лучшую роль в ленте «Эльвира-повелительница тьмы» (1988). Примечательно, что за эту же роль актриса одновременно претендовала на анти-премию «Razzie». Сама Кассандра с теплой иронией отзывается о своем звездном образе: «Я не в обиде на то, что меня все называют Эльвирой, хотя в кино я с начала 70-х годов. Притом играла не только в грошовых ужастиках, а и в компании с Бертом Рейнолдсом, например. Конечно, определенный стереотип у режиссеров насчет меня сложился, отчего зазывают сниматься все же в кошмарах. Я довольна тем, что меня помнят. Вот появилась на красной дорожке, и все начали кричать: "Эльвира! Эльвира!"».
В настоящий момент актриса ведет активную общественную жизнь: поддерживает борьбу за права гомосексуальных меньшинств и выступает в защиту животных. В 2014 году готовится к выходу приключенческий вестерн с участием Петерсон «Как завоевать Вегас» режиссера Саймона Сэвори.
