Elias Pettersson commence sa carrière chez les professionnels en 2015-2016 avec l'équipe des Timrå IK dans l'Allsvenskan. En 2016-2017, lors de sa seconde saison dans l'Allsvenskan, il termine au 2e rang chez les marqueurs des Timrå IK avec une récolte de 41 points en 43 matchs. Il ne parvient toutefois pas à aider son équipe à atteindre la division supérieure et signe une entente de 3 ans avec les Växjö Lakers HC dans la SHL, le .
Pettersson fait son début dans la LNH le 3 octobre 2018, marquant un but et une aide contre les Flames de Calgary[1]. Cette saison, Pettersson obtient de nombreuses distinctions en tant que recrue. Il joue dans le match des étoiles de la LNH et établie un record de points inscrits par une recrue chez les Canucks (66). Tout cela lui permet de remporter le trophée Calder en 2019.
Lors de la saison suivante, Pettersson égale ses 66 points inscrits en tant que recrue mais en moins de matchs. Sa performance lui vaut une place pour le 64e matchs des étoiles, pour une deuxième année consécutive. Pour sa première apparition en séries éliminatoires, Pettersson mène les Canucks avec 18 points en 17 matchs, alors que l'équipe s'arrête au 7e match du 2e tour.
Terminant un contrat de trois ans en 2023-2024, il se voit offrir une prolongation de contrat de huit ans le . Ce contrat de 92,8 millions $, soit une valeur annuelle de 11,6 millions $, fait de lui le cinquième joueur le mieux payé de la LNH[2].