Родился 3 декабря 1818 года в Лихтенгейме близ Нойбурга-на-Дунае в Баварии, в крестьянской семье. Кроме Макса, в многодетной семье было еще семеро детей. Бездетный брат отца, Франц Петтенкофер, взял на себя заботу о сыновьях. Он был знаменит открытиями в области химии, с 1823 года был придворным аптекарем и хирургом Баварского двора.

Обучаясь в гимназии и работая помощником аптекаря, Петтенкофер проявлял высокие способности к обучению. Однако, уронив один из ценных сосудов и получив затрещину от дяди, ушёл из дома и направился в Аугсбург, чтобы стать там актёром, исполнял роль в «Эгмонте» Гёте под псевдонимом Тенков. По настоянию родителей и двоюродной сестры Елены — его тайной невесты — решил продолжить обучение. В 1837—1843 гг. учился сначала на естественном, а затем на медицинском факультете Мюнхенского университета.

Первые научные разработки

Получив в 1843 г. степень доктора медицины, Петтенкофер некоторое время работал в области химии под руководством Кайзера в Мюнхене и Шеерера в Вюрцбурге. Совершенствоваться в избранном им направлении — медицинской химии — он направился в Гисен к профессору химии Юстусу Либиху (в 1852 г. по приглашению короля Максимилиана II Либих переехал в Мюнхен, а с 1860 года возглавил Баварскую Академию наук).

C 1845 по 1847 г. Петтенкофер занимался практической медициной, после чего поступил на работу в монетном дворе Мюнхена. В лаборатории монетного двора он разработал способы выделения химически чистого золота, извлечения платины из серебряных талеров. Переоткрыл способ получения античного пурпурного стекла, к тому времени забытый.

Исследовал английские и немецкие сорта гидравлической извести. Открыл способ производства цемента, который не уступал по качеству произведенному в Англии;

C 1847 г. — действительный член, а с 1890 г. — президент Баварской Академии наук.

В 1847 г. приглашён профессором медицинской химии в Мюнхенский университет.

В 1848 г. разработал способ получения светильного газа из дешёвой смолистой древесины. Его метод применили в Базеле. Публичный праздник освещения города омрачился тем, что система отказала. Петтенкофер был глубоко расстроен, устремился в Мюнхен, и после двух суток работы в своей лаборатории устранил ошибку, в результате чего в Базеле было включено в действие газовое освещение.

К тому же периоду относится его изобретение способа реставрации масляных картин («Ueber Oelfarbe u. Conservierung d. Gemäldegalerien»), а также приготовление мозаичных эмалей.

С 1849 г. работал в Баварском, а с 1876 г. — в Общегерманском ведомствах здравоохранения.

С 1850 г. состоял заведующим Королевской баварской аптекой.

Исследование вопросов гигиены

Петтенкоферу поручили выяснить, почему в королевском замке ощущалась досаждавшая королю сухость воздуха. После этого случая он занялся вопросами гигиены, поставив их на научную основу. В 1865 г. он возглавил созданную по его инициативе кафедру гигиены Мюнхенского университета. В 1879 г. он организовал первый в Европе институт гигиены, став его директором, и руководил им до конца своей жизни.

В 1865 году приступил к изданию журнала «Zeitschrift fur Biologie» вместе с профессорами Бюлем, Радлькофером и К. Фойтом. Физиолог Карл Фойт (1831—1908) был его другом и коллегой по разработке ряда вопросов, связанных с питанием, воздухообменом в помещениях и обменом веществ в организме. Вместе с ним он разработал первые гигиенические нормы питания.

Предложил использование в качестве индикатора чистоты воздуха концентрацию углекислого газа в жилом или рабочем помещении.

Для изучения вопросов дыхания Петтенкофер изобрёл респирационную камеру, которая носит его имя. Энциклопедический словарь Ф. А. Брокгауза и И. А. Ефрона писал:

Для точных исследований над дыханием Петтенкофер построил особый громадный аппарат, который нашел себе широкое применение для физиологических изысканий различного рода («Ueber е. neuen Respirationsapparat». 1861)

В этот период он написал научные работы об оздоровлении городов, о канализации и удалении отходов жизнедеятельности людей из населенных пунктов. Он дал опытное обоснование санитарным мероприятиям очистки городов, что значительно, по мнению автора БСЭ, снизило смертность в Великобритании и Германии от этих причин.

В 1882 г. в сотрудничестве с Цимсеном Петтенкофер издал обстоятельный труд по гигиене, переведенный на все европейские языки. В этой работе рассматривались строительные материалы и ткани для производства одежды с точки зрения их проницаемости для воздуха («Beziehungen d. Luft zur Kleidung, Wohnung u. Boden»; на русском языке: «Отношение воздуха к одежде, жилищу и почве»). Словарь Брокгауза и Ефрона охарактеризовал это сочинение как «огромное руководство по гигиене».

В 1883 г. Петтенкофер совместно с Форстером и австрийским бактериологом Гофманом (G. Hofmann, 1843—1890) организовали новый журнал «Archiv fur Hygiene», передав первый журнал Фойту.

Свои работы, кроме указанных двух журналов, Петтенкофер печатал в «Liebig’s Annalen der Chemie», «Buchners Repertorium», «Dingler’s polytechnisches Journal», «Berichte der Akademie d. Wiessenschaften zu München» и «Journal de. biologie».

Петтенкофер создал школу гигиенистов, в которую входили русские учёные Ф. Ф. Эрисман, А. П. Доброславин, В. А. Субботин и другие.

Изучение инфекционных заболеваний

Начиная с 1855 г. Петтенкофер приступил к изучению почвы и почвенных вод по отношению к инфекционным болезням, написав на эту тему несколько книг. В частности, он установил возможность распространения тифа и холеры через почвенные воды. По поводу холеры он писал:

«Я заболел холерой в 1852 году, после того, как эпидемия 1836—1837 годов, когда я посещал старшие классы гимназии, меня не коснулась. После меня заболела моя кухарка, которая умерла в больнице, потом одна из моих дочерей-близнецов Анна, с трудом выздоровевшая. Эти переживания оставили в моей душе неизгладимый след и побудили исследовать пути, которыми идёт холера».

В этих исследованиях он сотрудничал с немецким врачом Карлом фон Пфейфером (Pfeufer, 1806—1869), издателем с 1844 года журнала «Zeitschrift fur rationelle Medicin».