Peter Sarsgaard wurde am 7. März 1971 in Belleville, Illinois, USA, in eine Militärfamilie hineingeboren. Nach dem Abschluss einer Jesuitenschule in Connecticut studierte Peter Sarsgaard an der University of Missouri in St. Louis. Schon als Kind träumte er davon, Schauspieler zu werden, weshalb er auch die Schauspielschule "The Actors Studio" abschloss, was ihm erste Rollen im Fernsehen und an den Theatern von New York ermöglichte. Damals spielte Peter Sarsgaard auch kleine Rollen in den Serien "Law & Order" und "New York Undercover".

Sein Filmdebüt gab Peter Sarsgaard 1995 in Tim Robbins' berühmtem Film "Dead Man Walking". Peter erwies sich als recht erfolgreicher Nachwuchsschauspieler – bereits 1998 wirkte er in fünf Filmen mit, darunter auch Randall Wallaces Film "Der Mann in der eisernen Maske", in dem eine bemerkenswerte Besetzung unter der Leitung von Leonardo DiCaprio, John Malkovich und Gérard Depardieu glänzte. Im selben Jahr arbeitete Peter Sarsgaard mit Kate Hudson und Casey Affleck in Morgan J. Freemans Komödie "Desert Blue" zusammen. Kurze Zeit später war er bereits Teil der Besetzung von Larry Clarks Kriminaldrama "Another Day in Paradise". Diesmal waren James Woods und Melanie Griffith seine prominenten Kollegen.

Der hervorragende Start ebnete Peter Sarsgaard den Weg zu weiteren sehr würdigen Filmprojekten, und 1999 erhielt der junge Schauspieler eine Rolle in einem weiteren oscarprämierten Projekt – Kimberly Peirces Drama "Boys Don't Cry". Obwohl seine berühmte Partnerin – die Schauspielerin Hilary Swank – alle möglichen Auszeichnungen der Filmwelt erhielt und Peter Sarsgaard keine einzige, wurde die schauspielerische Leistung als psychologisch glaubwürdig anerkannt und erhielt hervorragende Kritiken.

Peter Sarsgaard hatte zahlreiche romantische Beziehungen mit Frauen, doch keine einzige Affäre führte den Schauspieler zur Ehe. Erst 2009 wurde die Schauspielerin Maggie Gyllenhaal seine Ehefrau. Das Paar bekam zwei Töchter – Ramona und Gloria.