Da Petra Lie avla tannlegeeksamen 1872, ble hun Norges første kvinnelige tannlege. Hun var også den første tannlegen som benyttet bormaskin her i landet. Hun var en foregangskvinne innen faget og drev stor praksis i Kristiania, men gjorde seg aldri gjeldende i Tannlegeforeningen. Det satte dype spor at kvinnene ikke fikk delta da foreningen ble stiftet 1884, og Petra Lie valgte å bruke sine krefter i annet foreningsarbeid.
Lie vokste opp i Vardal ved Gjøvik, der faren var landhandler. 19 år gammel reiste hun til Christiania og ble husbestyrerinne hos baker Bruun. Men hun hadde andre yrkesplaner, for allerede som småjente hadde hun bestemt seg for å bli tannlege. Da ingen tannlege i byen ville ta henne som lærling, reiste hun til København 1870. Hun fikk lærlingplass hos tannlege Carstens og tok samtidig kveldstimer hos prosektor Wallø, der hun for 1 daler per time fikk studere anatomiske preparater. Etter 1 1/2 år reiste hun til den amerikanske dr. Salomon i Berlin for å lære det siste nye innen tannbehandling, gullplombering, før hun vendte hjem til Norge for å ta eksamen.
Her hjemme møtte hun ny motstand fordi et medlem av eksamenskommisjonen, tannlege Carl Kroll, nedla protest mot at en kvinne fikk fremstille seg for eksamen. Da han ikke fikk støtte fra de to andre medlemmene, som var leger, trakk han seg i protest. Petra Lie fikk imidlertid gå opp til eksamen 2. desember 1872 og fikk “første karakter”.
Januar 1873 drog den nybakte tannlegen til dr.med. Brucks klinikk i Breslau, der hun i 9 måneder studerte kirurgi. Mens hun var der, fortalte hun at hun hadde sett en bormaskin i Berlin. Til tross for stor skepsis fra alle ble en Morrison bormaskin skaffet til klinikken, og det viste seg at denne amerikanske oppfinnelsen fungerte utmerket. Lie hadde stram økonomi, men klarte likevel å kjøpe en slik maskin før hun reiste hjem for å etablere praksis. Hun foretok også senere studiereiser til utlandet, blant annet 1897 og 1903, og hadde trolig et mer nært kollegialt forhold til utenlandske enn til norske kolleger.
Da Den norske tannlegeforening skulle stiftes 1884, ble ingen av de tre kvinnelige tannlegene invitert til stiftelsesmøtet. Året etter ble det vedtatt at “dametannlegene” kunne opptas som medlemmer, men ikke få adgang til møtene. Ingen søkte på et slikt grunnlag, og 1887 vedtok generalforsamlingen at kvinner kunne bli medlem. Petra Lie valgte imidlertid aldri å søke om medlemskap. Da hun 1897 hadde 25-årsjubileum som tannlege, fikk hun overrakt en adresse fra kvinnelige kolleger med uttrykk for “erkjendtlighed og beundring”, og en tilsvarende adresse ble overrakt fra Tannlegeforeningen. To år før hun døde, 1905, ble hun innvalgt som korresponderende medlem av foreningen.
I tillegg til sin yrkesutøvelse var Petra Lie engasjert i humanitært arbeid. Etter hennes initiativ ble Gamlehjemmet i Pilestredet stiftet, og hun var ivrig forkjemper for å få opprettet Cathinka Guldbergs barnehjem. 1893 var hun med på å stifte Norsk kvindeforening til dyrenes beskyttelse og året etter en tilsvarende barneforening. Hun bevarte til det siste et aktivt samfunnsengasjement og var sterkt opptatt av utviklingen etter unionsoppløsningen.