Peter O'Toole s-a nascut in Irlanda si crescut in Leeds, Anglia. Inca de mic dorea sa devina jurnalist, incepandu-si cariera ca ajutor la un ziar local. Cu toate ca a reusit sa devina reporter, a descoperit teatrul si si-a facut debutul pe scena la doar 17 ani. A facut armata la Marina Regala pentru 2 ani la transmisiuni, apoi a facut cursuri la Academia Regala de Arta Dramatica, unde i-a avut colegi pe Albert Finney, Alan Bates si Richard Harris. Si-a facut debutul in film in 1960. In 1962 a fost ales de catre David Lean sa interpreteze rolul lui T.E. Lawrence in capodopera Lawrence of Arabia (1962). Acest rol l-a facut sa devina un star la nivel international. A primit nominalizari pentru Premiul Academiei (dar fara nici un Oscar) pentru 7 filme diferite. Totusi problemele medicale (puse initial pe seama bauturii dar care s-au dovedit a fi cancer stomacal) amenintau sa-i termine cariera si viata in anii '70. A supravietuit dupa ce a fost la dezalcoolizare si dupa un tratament riguros s-a intors in cinema si a triumfat cu The Stunt Man (Cascadorul, 1980) si My Favorite Year (Anul meu preferat, 1982).
A inceput sa lucreze in teatru, fiind distribuit in diferite roluri shakespeareiene, inainte de a-si face debutul in televiziune in 1954. In anul 1959, isi face debutul si pe marele ecran, iar 3 ani mai tarziu, in 1962, e distribuit de David Lean in rolul lui T.E. Lawrence, in Lawrence of Arabia, dupa ce Marlon Brando nu a putut prelua rolul, iar Albert Finney l-a refuzat. Prestatia sa l-a clasat in topul 100 al revistei Premiere al celor mai bune roluri din istorie.
O'Toole e unul dintre putinii actori ce au fost nominalizati de doua ori la Oscar pentru interpretarea aceluiasi personaj. In 1964 a fost nominalizat pentru intruchiparea regelui Henry al II-lea din Becket, iar 4 ani mai tarziu, in 1968, a fost nominalizat pentru acelasi rol in Lion in the Winter.
In 1963, sub regia lui Laurence Olivier, l-a interpretat pe Hamlet pe scena Teatrului Regal din Londra, ceea ce l-a adus foarte aproape de indeplinirea visului sau, de a juca pe scena Teatrului Abbey din Dublin, in 1970 in piesa Waiting for Godot, scrisa si regizata de Samuel Becket. In prolifica sa cariera Peter O'Toole a fost nominalizat de 8 ori la Oscar, nefiind recompensat insa pentru niciunul din rolurile sale. A fost totusi rasplatit cu un premiu onorific acordat in 2003 de Academie.
Desi a ramas unul dintre marii actori ai timpului, a gasit cu greu roluri importante datorita problemelor sale cu bautura. Are 2 fiice, Pat si Kate, din casatoria cu Siân Phillips si un fiu, Lorcan, cu modelul Karen Brown.