Peter Ustinov intègre en 1937 le Payer's Club où il élabore ses propres sketches satiriques, joue en 1940 son premier rôle important dans la revue Swinging the gate puis met en scène la pièce de théâtre House of regrets. En 1946, il réalise son premier long métrage, un drame se déroulant durant la Deuxième Guerre mondiale et s'intitulant School for secrets. Suivront les comédies Vice versa (1948) et Private Angelo (1949) ainsi que le film d'aventure Billy Budd (1962).

A l'écran, Peter Ustinov se distingue en interprétant des personnages lâches et veules : l'empereur Néron dans Quo Vadis? (1951) de Mervyn LeRoy, le Monsieur Loyal exhibant Lola Montès (1955) sous la direction de Max Ophüls, un trafiquant d'esclaves dans Spartacus (1960) et un escroc dans Topkapi (1964), deux prestations pour lesquelles il remporte l'Oscar du Meilleur second rôle masculin. Dans les années 70, sa carrière de comédien reprend un nouveau souffle avec la série télévisée Jésus de Nazareth de Franco Zeffirelli, où il incarne le roi des Juifs Hérode, le drame d'Yves Boisset Un taxi mauve et l'adaptation du roman d'Agatha Christie Mort sur le Nil (1978), où il est le deuxième acteur, après Albert Finney, à prêter ses traits au détective Hercule Poirot.

Dans les années 80-90, il incarne le vicomte Mirabeau dans La Révolution française (1989) de Robert Enrico mais tend à délaisser le cinéma au profit de la télévision. Auteur de plusieurs romans (Désinformateur), Peter Ustinov occupe à partir de 1989 le fauteuil d'Orson Welles à l'Académie des Beaux Arts de Paris et est anobli par la reine Elisabeth II en 1990. Il reçoit en janvier une nouvelle récompense, le Prix d'honneur 2004 du film bavarois pour l'ensemble de sa carrière.