Diplômé de la Tufts University, Peter Gallagher débute sur scène en 1977 dans la reprise de Hair et devient plus tard la vedette de Grease à Broadway. Il fait ses débuts à l'écran en 1980 dans Le Temps du rock'n'roll de Taylor Hackford, mais c'est avec Sexe, mensonges et vidéo (1989) de Steven Soderbergh qu'il se fait véritablement connaître auprès du grand public.

Dès lors, il multiplie les rôles de plus ou moins grande importance dans Tante Julia et le scribouillard (1990) aux côtés de Keanu Reeves, dans Bob Roberts (1992), où il incarne un présentateur de journal télévisé, dans Malice (1993), un thriller de Harold Becker, ou encore dans Le Grand saut (1994) des frères Coen. Parallèlement, il tourne à deux reprises sous la direction de Robert Altman dans The Player (1992) et Short cuts (1993).

Dès 1995, Peter Gallagher impose son image de séducteur à travers la comédie romantique L'Amour à tout prix dont il partage l'affiche avec Sandra Bullock. La même année, il retrouve le cinéaste Steven Soderbergh sous la direction duquel il joue dans le drame A fleur de peau, et incarne, en 1997, le frère richissime de Bill Murray dans la comédie L'Homme qui en savait trop peu.

En 2000, Peter Gallagher fait usage de son charme pour séduire Annette Bening dans American beauty et interprète un professeur de danse autoritaire dans Danse ta vie. Deux ans plus tard, il donne la réplique à Adam Sandler dans Les Aventures de Mister Deeds, un remake de L'Extravagant Mr. Deeds signé Steven Brill.

Côté séries, Peter Gallagher fait ses débuts dans Fallen Angels en 1993, puis dans la mini série Feast of All Saints (1998) d'après le roman d'Anne Rice. En 2001, il renoue avec le succès dans la série Newport Beach, dans le rôle de Sandy Cohen, avocat au grand coeur et bon père de famille marié à Kirsten (Kelly Rowan).