Après un bref passage à l'Université de Sydney et un premier voyage à Londres qui lui permet de rencontrer sa future femme, Peter Weir exerce différents petits métiers pour la télévision. À partir de 1967, il travaille pour la chaîne ATN-7 de Sydney où il réalise ses deux premiers court-métrages Count Vim's Last Exercise et The Life and Flight of Reverend Buckshotte.
En 1971, il reçoit le Grand Prix de l'Australian Film Institute pour le moyen-métrage humoristique Homesdale. Pendant toute cette période il tourne aussi plusieurs documentaires pour le Commonwealth Film Unit.
Son premier long métrage en 1973 Les voitures qui ont mangé Paris est un mélange de film d'horreur, de thriller et de fantastique. Son deuxième film Pique-nique à Hanging Rock sera un énorme succès en Australie. C'est un film quasi-onirique sur la mystérieuse disparition d'un groupe de jeunes filles en 1900 à Hanging Rock. On retrouve un peu la même atmosphère dans son film suivant La Dernière Vague qui traite des interactions entre les cultures aborigène et européenne sur fond d'enquête sur un meurtre.
Gallipoli (1981) est un film de guerre plus direct et spectaculaire sur une bataille de la première guerre mondiale.
Mel Gibson y tient l'un des deux rôles principaux. On retrouve Mel Gibson accompagné de
Sigourney Weaver dans L'Année de tous les dangers en 1982. Peter Weir y aborde le thème de la découverte initiatique d'un monde étranger qui revient dans plusieurs de ses oeuvres (ici l'Indonésie à la veille d'un coup d'État en 1965).
Suite au succès international rencontré par ses derniers films, Peter Weir part poursuivre sa carrière aux États-Unis avec
Witness en 1985 et
Mosquito Coast l'année suivante, deux films avec
Harrison Ford en vedette dans des rôles inhabituels pour lui. Witness - sur la communauté Amish - sera récompensé par le César du meilleur film étranger et huit citations aux Oscars américains.
Le Cercle des poètes disparus avec
Robin Williams sera un important succès populaire en 1989 et
Green Card (1990) avec
Gérard Depardieu et
Andie MacDowell lui permet d'aborder la comédie romantique. Son film suivant État second en 1993 où un survivant à un accident d'avion (
Jeff Bridges) réévalue sa vie, sera une déception au box-office.
Le succès populaire et critique reviendra avec
The Truman Show (1998) où
Jim Carrey est, en vérité, prisonnier d'un programme de téléréalité.
En 2003, il réalisé Master and commander : De l'autre côté du monde, une épopée navale avec
Russell Crowe, qui est encore une fois un énorme succès.
Après une longue absence, il revient à la réalisation avec Les Chemins de la liberté, l'adaptation d'un roman autobiographique de Slawomir Rawicz. Le film revient sur l'emprisonnement de soldats au Goulag en Sibérie durant la Seconde Guerre mondiale.