Peter Weller est né en 1947 ; il est le fils de Dorothy Jean et Frederick Bradford Weller, juge fédéral et pilote d’hélicoptère pour l’armée des Etats-Unis. Etant enfant, il voyage beaucoup en raison du métier de son père, notamment en Allemagne. Le jeune Peter étudie ensuite à l’université de North Texas, attiré par la possibilité de jouer de la trompette dans un groupe de jazz, en grand passionné de musique qu’il est, notamment sous l’impulsion de sa mère. Après ses études d’art dramatique, il quitte le Texas pour New York et tente sa chance au théâtre, à Broadway.

Il passe ensuite par le célèbre Actor’s Studio sous l’égide d’Elia Kazan et Lee Strasberg. Peter ne tarde pas à faire ses premiers pas au cinéma dans Les joyeux débuts de Butch Cassidy et Le Kid de Richard Lester (1979). L’acteur tourne ensuite sous la direction de Sidney Lumet dans Just Tell Me What You Want (1980) et L’usure du temps (1982) d’Alan Parker. À noter qu’il formera un groupe de jazz avec son ami Jeff Goldblum, à qui il donnera la réplique dans Les aventures de Buckaroo Banzaï à travers la 8ème dimension (1984).

C’est toutefois 5 ans plus tard, en 1987, que le comédien alors âgé de 40 ans, accède à la consécration. Il est choisi par Paul Verhoeven pour enfiler l’armure de Robocop, film d’action cultissime qui fait de l’acteur une star.

Weller reprend le rôle du cyber-flic dans Robocop 2 deux ans plus tard. Il refusera ensuite d’apparaître dans Robocop 3 pour tourner sous la houlette de David Cronenberg dans Le Festin nu (1991). En 1995, Peter incarner Jerry Bender dans la comédie de Woody Allen, Maudite Aphrodite avant de traverser une phase un peu compliquée, ne parvenant pas à faire décoller une carrière stagnante. Il végète donc quelques années du côté des direct-to-vidéo et téléfilms sans intérêt.

Il retrouve du poil de la bête en 2002 avec le rôle principal de la série Odyssey 5, malheureusement annulée au bout d’une saison. Cette expérience permet toutefois à Peter de goûter à la mise en scène, devenant un prolifique réalisateur de séries. On lui doit notamment des épisodes de Monk, Sons of Anarchy, Under the Dome, Hawai 5-0 ou plus récemment Shades of Blue. Le comédien a également obtenu en 2014 un diplôme en Histoire de la Renaissance italienne, ce qui lui permet d’enseigner à l’université de Syracuse, devenant un des professeurs les plus appréciés.

Weller s’illustre aussi dans la peau du flic corrompu Stan Liddy dans la saison 5 de Dexter et apparaît en tant que guest dans différents shows, de Dr House à Sons of Anarchy en passant par Fringe. En 2013, l’artiste est engagé par J.J. Abrams pour camper l’Amiral Marcus dans Star Trek Into Darkness. Peter continue en 2017 de jongler entre le métier d’acteur et de réalisateur, incarnant par exemple Lucian Connally dans Longmire et mettant en scène des épisodes de Shades of Blue et Hawai 5-0. À noter qu'il prête également sa voix à Bruce Wayne / Batman dans les films d'animation Batman : The Dark Knight Returns 1 et 2.

Vincent Formica