Peter Bogdanovich urodził się w 1939 roku w Nowym Jorku w rodzinie serbskich emigrantów, uciekających z Europy do Ameryki przed nazizmem.
W latach 50. rozpoczął studia w kierunku aktorstwa u Stelli Adler. W 1968 r. wyreżyserował swój pierwszy film kinowy "Voyage to the Planet of Prehistoric Women". Punktem zwrotnym w jego karierze okazał się "Ostatni seans filmowy" z 1971 r., w którym przedstawił nostalgiczny obraz prowincjonalnej Ameryki, zwiastujący koniec świata odchodzących wartości. Został nominowany do Oskara w ośmiu kategoriach, a statuetki zdobyli Cloris Leachman i Ben Johnson za role drugoplanowe.
W czasie pracy na planie związał się z aktorką Cybill Shepherd, dla której zostawił żonę Polly Platt, z którą często współpracował na planie. Wspólnie mieli dwie córki, Antonię i Sashę.
Sławę przyniósł mu także obraz "Maska", czyli prawdziwa historia wrażliwego chłopca Rocky'ego Dennisa cierpiącego na rzadką chorobą kości twarzy (tzw. choroba lwa). W kolejnych latach stworzył m.in. "Papierowy księżyc" z oskarową rolą 10-letniej Tatum O’Neal, grającej u boku swego ojca Ryana O’Neala, czy Daisy Miller – ekranizacji klasycznej noweli Henry’ego Jamesa.
Bogdanovich jest także autorem filmowej biografii wielkiego reżysera Orsona Wellesa.
Peter Bogdanovich dał się poznać także jako aktor. Występował m.in. w serialu "Rodzina Soprano" jako psychoterapeuta.
Ostatnimi filmami, jakie nakręcił były: "Dziewczyna warta grzechu" (2014) oraz "The Great Buster: A Celebration" (2018), dokument o legendzie kina niemego Busterze Keatonie.