Urodził się w Irlandii, 2 sierpnia 1932 roku, w rodzinie rzymskokatolickiej irlandzkiego bukmachera Patricka Josepha O'Toole'a. Kiedy miał rok rodzina przeniosła się do północnej Anglii. Od 1937 roku mieszkał w Leeds.
We wczesnej młodości chciał został dziennikarzem, ale gdy jako siedemnastolatek wystąpił pierwszy raz na scenie Civic Theatre w Leeds, zakochał się w aktorstwie. W latach 1952-1954 studiował w Królewskiej Akademii Sztuk Dramatycznych w Londynie, potem trafił do Abbey Theatre's Drama School w Dublinie.
Peter O'Toole był wybitnym aktorem teatralnym. Zasłynął kreacjami szekspirowskimi w przedstawieniach „Hamleta", „Troilusa i Kresydy", „Poskromienia złośnicy", „Kupca weneckiego". Karierę ekranową zaczął w serialu „Szkarłatny kurzyślad " w 1956 r., od początku lat 60. zaczął pojawiać się na dużym ekranie. Sławę przyniosła mu rola archeologa, podróżnika i agenta wywiadu Thomasa E. Lawrence'a w dramacie Davida Leana Lawrence z Arabii. Dostał za nią nagrodę Brytyjskiej Akademii Filmowej (BAFTA), nominacje do Oscara i Złotego Globu.
Znakomite kreacje stworzył m.in. w filmach: „Lord Jim "(1965), „Becket" (1964), „Lew w zimie" (1968), „Żegnaj Chips" (1969), „Kaskader z przypadku"( 1980), „Mój najlepszy rok" (1982), „Ostatni cesarz (1987), „Wenus (Venus, 2006).
W 2003 roku otrzymał honorowego Oscara za całokształt artystyczny. W 1999 roku zadebiutował jako reżyser i producent komediodramatu telewizji BBC „Jeffrey Bernard jest niedysponowany".
