Après une formation à la Royal Academy of Dramatic Art, le britannique Peter Yates commence dans les années 50 par être assistant doubleur, puis assistant réalisateur notamment sur Les Canons de Navarone de J. Lee Thompson et Alexander Mackendrick, ou Un brin d'escroquerie de Guy Hamilton. Il passe à la réalisation pour une comédie musicale Vacances d'été, puis One Way Pendulum, un film indépendant. Il se fait remarquer avec une version actuelle du premier western américain Le vol du grand rapide (1902) intitulée Trois milliards d'un coup, un film de braquage avec Stanley Baker.
La célébrité, Peter Yates l'atteint avec Bullitt, qui s'inscrit dans l'évolution du film policier avec une course poursuite infernale et pleine de violence. Yates fera de ces poursuites sa spécialité avec La Bande des quatre (1979) ou Ambulances tous risques (1975). A la fin des années 60, il tourne avec de grands acteurs : il dirige ainsi Peter O'Toole dans La Guerre de Murphy. L’acteur y joue avec brio un adepte jusqu’au-boutiste de la maxime "œil pour œil". Yates engage Robert Redford pour Les Quatre malfrats. Le monde des bandits le fascine, et Robert Mitchum et Peter Boyle sont ses prochains gangsters dans Les Copains d'Eddie Coyle (1973).
Loin du "star system", il n'aura aucun complexe à avoir une image de réalisateur de divertissement, avec des films grand public. D'un autre côté, il sera plus tendre avec John et Mary, qui valut à Dustin Hoffman une nomination aux Golden Globes, voire émouvant dans son portrait d'un vieil interprète de Shakespeare dans L' Habilleur (1984) ou Eleni, film sur l'amour maternel tourné en 1985. Tendresse familiale toujours, avec Un Ménage explosif (1995), sur les rapports complices entre un grand-père et son petit-fils, orphelin de père et de mère. Leur complicité s'effrite à mesure que le garçon grandit, et le grand-père (interprété par Peter Falk) doit gérer seul la situation.
Après un échec commercial cuisant (le space opéra Krull, 1982), Yates fait un retour au thriller péchu avec Une Femme en péril (1988) ou Suspect dangereux (1987), il tourne son dernier film, Curtain call, réalisé en 1998, une comédie sur un célibataire, apeuré à l'idée de se marier qui achète une maison hantée par les fantômes d'un couple d'acteurs.
Après plusieurs téléfilms dont une version de Don Quichotte avec John Lithgow et Bob Hoskins en 2000, il s'était éloigné des plateaux.
