Peter O’Toole groeide op in het Engelse Yorkshire (Leeds), zijn vader verdiende er de kost als bookmaker op paardenwedrennen. Toen Peter pas 14 jaar was hield hij het op school voor bekeken en ging werken bij de Evening Post in Yorkshire als bode en bediende op de kopie-afdeling. Uiteindelijk klom hij er op tot journalist.
Op 17-jarige leeftijd maakte hij als amateur zijn toneeldebuut bij het Civic Theatre van Leeds. Nadat hij de twee daar op volgende jaren had gewerkt bij de Royal Navy als radioman en decoder schreef hij zich in aan de Royal Academy of Dramatic Arts waar onder zijn klasvrienden toekomstige acteurs zaten : Albert Finney, Alan Bates en Tom Courtenay om er maar enkele van te noemen.  Hierna sloot hij zich op 23-jarige leeftijd aan bij het Old Vic in Bristol waar hij de jongste acteur én hoofdrolspeler ooit werd die toetrad tot het theatergezelschap. Hij bleef er vier jaar bij aangesloten tot 1958. Hierna maakte hij zijn toneeldebuut aan het Londense West End in het stuk The Long and The Short and The Tall waarvoor hij onderscheiden werd met de Evening Standard Award voor Beste Acteur. Hierna volgde de Royal Shakespeare Company waar hij veel waardering kreeg voor zijn rol als Shylock in The Merchant of Venice.  We vermelden Ride a Cock Horse, Our Song en Jeffrey Bernard Is Unwell die hij zowel op West End als in het Old Vic Theater heeft gespeeld en waarvoor hij in 1999 een speciale Olivier Award kreeg.

In 1959 was Peter O’Toole voor het eerst te zien op het grote scherm in The Savage Innocents van Nicholas Ray alhoewel sommige bronnen ook The Day They Robbed the Bank of England vermelden als zijn debuutfilm (beide films werden uitgebracht in 1960).  In het begin van zijn carrière was hij enkel te zien in kleine rollen tot de grote doorbraak volgde in 1962 met zijn rol in Lawrence of Arabia, een rol waar hij destijds zelfs mee op de eerste plaats van de 100 Beste acteerprestaties aller tijden van het inmiddels ter ziele gegane Amerikaanse filmtijdschrift Premiere terechtkwam. Nochtans was O'Toole een soort van tweede keuze want hij verving Albert Finney die aanvankelijk de rol van T.E. Lawrence zou spelen.  Na Becket (1964) en Lord Jim (1965) waarin hij de titelrol vertolkte groeide hij uit tot een echte filmster (beide films werden overigens gecoproduceerd door O'Toole's productiebedrijf Keep Films). Zijn uitstraling, voornamelijk door zijn fysieke kenmerken, zorgde er voor dat hij eind de jaren ’60 en begin de jaren ’70 bijna een garantie was voor een goede box office van elke film die werd uitgebracht en waarin hij te zien was. Zijn acteerprestatie als de messiaanse aristocraat in The Ruling Class (1972), gekenmerkt door een flinke brok zwarte humor, zorgde voor een ware cultstatus.

Peter O’Toole was een stevige drinker en dat bleef op veel vlakken niet zonder gevolgen. Zo onderging hij als gevolg van zijn overmatig alcoholverbruik een risicovolle maagoperatie en had zijn verslaving in de jaren ’70 een negatieve invloed op zijn carrière, zo nam hij regelmatig een filmrol aan die ver beneden zijn mogelijkheden lag. Daarenboven liep vooral hierdoor zijn 20-jarig huwelijk met de Welshe actrice Sian Phillips op de klippen. Het waren Kate en Pat, de twee dochters uit dat huwelijk, die voor hem zorgden tijdens een lange periode van revalidatie. In 1983 werd hij vader van de zoon van Karen Brown, een model uit Californië. In de jaren ’80 was Peter O’Toole helemaal terug en er volgden heel wat flamboyante karakterrollen, zoals die van de gewetenloze filmregisseur in The Stunt Man (1980), volgens O'Toole zelf geïnspireerd door David Lean.

Naast toneel en langspeelfilms deed O’Toole ook werk voor televisie. Zo was hij anno 1980 te zien in de Amerikaanse tv-serie Masada, genomineerd voor een Emmy Award, maar ook in de tv-films The World of James Joyce en de remake Svengali met Jodie Foster.  In 1985 was zijn stem te horen in een reeks animatiefilms rond Sherlock Holmes.  Voor zijn rol in de tv-film Joan of Arc won hij effectief een Emmy voor Beste acteur in een bijrol. Voor zijn rol van Hindenberg in de miniserie Hitler : The Rise of Evil werd hij ook genomineerd voor een Emmy.

In 1989 kreeg O’Toole de titel Commandant De L’Ordre des Arts et de Lettres, in Frankrijk de hoogst mogelijke onderscheiding.

Ondanks meerdere Oscarnominaties kreeg Peter O’Toole in 2003 nog een ere-Oscar voor zijn werk van maar liefst vijf decennia (!) en de gedenkwaardige, memorabele personages die hij had vertolkt.
Op vlak van prijzen vermelden we ook nog drie BAFTA-nominaties voor Beste acteur, een gewonnen BAFTA voor zijn rol in Lawrence of Arabia, zeven Golden Globe nominaties en drie gewonnen Golden Globes in de categorie Beste filmacteur.

Peter O’Toole heeft meerdere volumes uitgebracht van zijn autobiografie, de eerste twee zijn gekend onder de titels Loitering with Intent : The Child en Loitering with Intent : The Apprentice.  Hij begon op een gegeven moment ook met het schrijven van een derde versie.

De acteur was lid van de Londense Marylebone Cricket Club.