Родился в Берлине. Учился на факультетах философии и германистики Франкфуртского университета. Театральную деятельность начал в 1964 в мюнхенском театре «Каммершпиле» в должности ассистента режиссера. Как режиссер дебютировал в 1966 постановкой пьесы Э. Бонда «Спасение». Работал в театрах Бремена и Цюриха. На сцене Бременского драматического театра поставил «Коварство и любовь» Ф. Шиллера и «Торквато Тассо» И. В. Гете.

В 1970 вместе с Клаусом Пайманом основал и возглавил театр «Шаубюне» в Западном Берлине, в котором проработал 20 лет.

С 1986 много ставит за пределами Германии, в том числе в крупнейших оперных театрах Европы. Оперные постановки Петера Штайна шли на фестивале в Зальцбурге, в Венской государственной опере, Нидерландской опере, миланском театре Ла Скала и театре Лисео в Барселоне, оперных театрах Цюриха, Лиона и других городов.

С начала 1990-х работает как свободный художник. В 1994 в Москве состоялась премьера поставленной Петером Штайном «Орестеи» Эсхила с участием российских артистов. В 1998 Петер Штайн поставил «Гамлета» У. Шекспира с Евгением Мироновым в заглавной роли. В 2000 в рамках всемирной выставки ЭКСПО в Ганновере Петер Штайн поставил полную версию «Фауста» Гете. Спектакль, который длился более 20 часов, впоследствии был показан в Вене и Берлине.

В 2014 состоялась премьера оперы Дж. Верди «Аида» в Музыкальном театре имени К. С. Станиславского и Вл. И. Немировича-Данченко.