Søren Lilholt Petersen (Copenaghen, 22 settembre 1965) è un ex ciclista su strada e dirigente sportivo danese.
Tra gli Juniores fu campione del mondo di categoria nel 1983, sia nella prova in linea che nella cronometro a squadre.
Professionista dal 1986 al 1992, seppe riportare successi di alto livello, aggiudicandosi corse come il Tour de Luxembourg 1987 e la E3 Prijs Vlaanderen - Harelbeke 1990. Nel suo palmarès figurano anche podi in corse come Grand Prix de Plouay, Grand Prix de Fourmies, Giro del Piemonte e Grand Prix Pino Cerami; salì due volte sul podio del Post Danmark Rundt, nel 1987 e nel 1988, senza però mai vincerlo né riuscire ad aggiudicarsi una tappa.
Nel 1988 conquistò il titolo nazionale in linea precedendo Bjarne Riis.
- 1983 (Juniors, una vittoria)
- Campionati del mondo, Prova in linea
- 1984 (K.C.K.-Herlev [Dilettanti], una vittoria)
- 4ª tappa Postgirot Open (Varburg > Varburg)
- 1986 (Système U, una vittoria)
- 2ª tappa Étoile de Bessèges (Laudun > Laudun)
- 2ª tappa Postgirot Open (Hamstad > Landskrona)
- 1987 (Système U, due vittorie)
- 1ª tappa Tour de Luxembourg (Lussemburgo > Lussemburgo)
- Classifica generale Tour de Luxembourg
- Campionati mondiali, Cronosquadre
- 1987 (Système U/Palles Autos, quattro vittorie)
- Classifica a punti Post Danmark Rundt
- Roskilde - Stjerneløbet (criterium)
- Belsele (kermesse)
- Helchteren (kermesse)
- 1988 (Sigma-Fina/Palles Autos, una vittoria)
- Wanzele Koerse (kermesse)