Peter DeLuise naît le 6 novembre 1966 à New York (États-Unis). Fils des acteurs Dom DeLuise et Carol Arthur, il grandit dans une famille au sein de laquelle le cinéma occupe une place importante. Ses deux frères cadets, David et Michael DeLuise, se tournent d’ailleurs comme lui vers une carrière dans le milieu de la comédie.

C’est en 1979 que l’adolescent fait ses premiers pas devant la caméra avec le film Les Fourgueurs, réalisé par son père. Au cours des années 1980, Peter DeLuise s’illustre dans d’autres longs-métrages tels que Free Ride de Tom Trbovich (1986), Les Guerriers du soleil d’Alan Johnson (1986) ou encore Une chance pour tous de Douglas Day Stewart (1989) face à Roy Scheider. Par ailleurs, il apparaît dans plusieurs séries telles que Drôle de vie, Arnold et Willy et Booker.

Les années 1990 marquent les débuts de Peter DeLuise comme réalisateur. Il signe ainsi la réalisation de plusieurs épisodes de séries telles que 21 Jump Street, Les Dessous de Palm Beach ou encore Traque sur Internet. En 1999, il présente son premier film pour le cinéma, Southern Heart, dans lequel il tient également le rôle principal face à Jamie Hendrix Collins.

À partir des années 2000, Peter DeLuise diversifie ses activités. En parallèle de son travail en tant qu’acteur et réalisateur, il devient également scénariste (Un couple d’enfer de Michael DeLuise – 2003) et producteur. Surtout, cette décennie lui permet de travailler sur l’un des plus gros projets de sa carrière : la série Stargate SG-1. Il en devient l’un des producteurs tout en travaillant sur le scénario et la réalisation de nombreux épisodes. À la même époque, il collabore, également à plusieurs postes, sur la série dérivée du programme, Stargate : Atlantis.

Par la suite, Peter DeLuise tourne, en tant que comédien, dans plusieurs séries (Supernatural, Sanctuary…) ainsi que dans le film 21 Jump Street de Phil Lord et Christopher Miller (2012). À partir de la seconde moitié des années 2010, il prend part à l’aventure Le Cœur a ses raisons, une série dont, à l’instar de Stargate-SG1, il travaille à plusieurs postes (réalisateur, scénariste, producteur et acteur).

En parallèle, Peter DeLuise réalise plusieurs téléfilms dans lesquels il joue également (Croisière romantique – 2019 ; The Wedding Contract – 2023…).