Né dans les Nouvelles Galles du Sud, Phillip Noyce est venu s'installer à Sydney avec sa famille à 12 ans. Il n'a que 17 ans quand il réalise son premier court-métrage de quinze minutes, "Better to reign in hell", qu'il finance en vendant les rôles à ses amis. En 1973, il entre à l'Australian National Film School, où il réalise plusieurs films dont un documentaire de cinquante minutes, Castor et Pollux, qui remporte le prix australien du meilleur court-métrage de l'année.

Par la suite, il travaille brièvement chez Film Australia, y réalisant quelques documentaires de court-métrage. L'un de ses projets d'étudiant l'ayant fait remarquer par le producteur David Elfick, celui-ci l'engage pour réaliser en 1978 Newsfront, qui remporte les prix du Meilleur film, du Meilleur scénario original et de la Meilleure mise en scène aux AFI Awards. Le film fait l'ouverture du London Film Festival, et est le premier film australien à être présenté au New-York Film Festival.

Phillip Noyce s'impose alors dans le monde entier avec des thrillers comme Calme Blanc qui le révéla au grand public et lui offrit son ticket pour Hollywood avec, en 1989, Jeux de guerre (1992) et Danger immédiat (1994), deux thrillers politiques tirés des romans homonymes de Tom Clancy et dans lesquels il dirige Harrison Ford. Il continue dans le même genre Sliver avec Sharon Stone, l'adaptation cinématographique du Saint avec Val Kilmer (1997) ou encore Bone Collector avec Angelina Jolie et Denzel Washington (1999).

En 2002, Phillip Noyce retourne dans son Australie natale pour un projet plus personnel: Le Chemin de la liberté qui relate l'histoire vraie de trois jeunes filles aborigènes enlevées à leur mère et récolte trois Australian Film Awards dont celui de Meilleur film. Ses projets l'amènent ensuite à voyager au Vietnam où il tourne une nouvelle version d'Un Américain bien tranquille (2003) et en Afrique du Sud où il réalise Au nom de la liberté (2007) un drame autour de l'Apartheid inspiré d'une histoire vraie. En 2010, il opte pour un registre plus explosif en réalisant Salt, un film d'action et d'espionnage pour lequel il retrouve Angelina Jolie.

S'impliquant dans les années suivantes dans sa carrière de producteur, il finance les séries Revenge et Crisis, dont il dirige également les pilotes, avant de revenir sur le grand écran avec son premier film de science-fiction, The Giver, qui sort en 2014. Adapté d'un roman, le long métrage surfe sur la mode des dystopies de SF visant un public adolescent. On retrouve donc un casting assez jeune, composé entre autres de Brenton Thwaites et Taylor Swift, mais aussi des acteurs nettement plus confirmés tels Jeff Bridges et Meryl Streep.