Bratislavský rodák ukončil v roku 1964 štúdium na Konzervatóriu v Bratislave, pokračoval na Vysokej škole múzických umení (VŠMÚ), kde študoval odbor dramaturgia na Divadelnej fakulte, ktorú ukončil v roku 1970.
Po absolvovaní VŠMU pracoval do roku 1980 ako dramaturg spevohry Divadla Nová scéna. Od roku 1980 je v slobodnom povolaní. Prvú báseň uverejnil v časopise Slovenské pohľady v roku 1964. Rok nato vydal prvú básnickú zbierku Sad zimných vtákov. Jeho básnické zbierky získali viacero literárnych cien a boli preložené do viacerých jazykov. Z februára 2012 je zatiaľ ostatná zbierka Bosá v priesvitných šatách.
Texty piesní začal písať na podnet Mariána Vargu, ktorý bol v tom čase členom skupiny Prúdy. Prvé dva texty napísal Peteraj už v roku 1968 na prvý album skupiny Prúdy Zvoňte, zvonky. Boli to skladby Jesenné litánie a Dám ti lampu. Spolu s Jánom Štrasserom napísali texty pre muzikál Cyrano z predmestia. Od prvého albumu skupiny Prúdy napísal texty pre viacerých interpretov slovenskej populárnej hudby, patria k nim Pavol Hammel a Prúdy (Medulienka, Podnájom, Keď pavúk svoje piesne dotká, Ľalia poľná, Koče plné ruží, Hermína), skupina Modus (Úsmev, Dievčatá, Roberta, Ty, ja a môj brat, Kapely starnú, Najkrajšie dievčatá)...
...Miro Žbirka (Ako obrázok, Balada o poľných vtákoch, Biely kvet, Denisa, Múr našich lások, Motýľ admirál), Robo Grigorov (Bosý a sám, Modlitba lásky, Ona je Madona, Po víne, Pocta Majakovskému) či Laco Lučenič (Hádanky tiel, Z tých dní, Bodliak na plavkách).
Peteraj je autorom hitových duet Mira Žbirku a Mariky Gombitovej V slepých uličkách, Nespáľme to krásne v nás a Tajnosľubná. Z jeho pera je aj text dueta Co bolí to přebolí Mira Žbirku a Marthy. Osobitnou stránkou jeho tvorby je spolupráca s Marikou Gombitovou. Pre ňu napísal texty všetkých pesničiek, ktoré vydala na deviatich albumoch v rokoch 1979 až 1994.
Kamil Peteraj je považovaný spolu s Borisom Filanom za zakladateľa modernej slovenskej textovej tvorby. Patrí medzi najznámejšie osobnosti slovenskej populárnej tvorby. Na svojom konte má celkom dvanásť Cien SOZA ako najhranejší autor, prvú získal v roku 1996. Je autorom textu piesne Horehronie, s ktorou vyhrala speváčka Kristína 27. februára 2010 národné kolo súťaže Eurosong 2010 a reprezentovala Slovensko v prvom medzinárodnom semifinále 25. mája v nórskom Oslo, do veľkého finále však nepostúpila. Pre Kristínu napísal texty piesní na albumy V sieti ťa mám (2010) a Na slnečnej strane sveta (2012) a Tie Naj (2014).