Peter Graves wurde am 18. März 1926 in Minneapolis als Peter Aurness geboren. Mit 16 Jahren arbeitete er als Ansager bei einem lokalen Radiosender. Nachdem er zwei Jahre im Dienst der U.S. Air Force stand, begann er mit einem Dramatik-Studium an der Universität von Minnesota. Nach dem Abschluss ging er nach Hollywood. Anfangs stand er für kleinere Rollen in Fernsehproduktionen vor der Kamera. Im Jahr 1951 gab er sein Filmdebüt in „Rogue River“. In den Folgejahren wirkte Peter Graves vor allem in Western mit. Bekannt wurde er durch Arbeiten fürs Fernsehen: Besonders die Figur des Jim Phelps in der von 1966 bis 1973 produzierten und 171 Episoden umfassenden Agenten-Serie „Kobra, übernehmen Sie“ (zeitweise auch unter dem deutschen Titel „Unmöglicher Auftrag“ ausgestrahlt; im englischsprachigen Raum als „Mission: Impossible“) brachte ihm weltweite Popularität ein. 1971 wurde er für diese Rolle mit dem Golden Globe in der Kategorie „Bester Fernsehdarsteller“ ausgezeichnet. In der Fortsetzung der Serie, die zwischen 1988 und 1990 produziert und im deutschen Sprachraum unter dem Titel „In geheimer Mission“ gesendet wurde, mimte er ebenfalls den Jim Phelps. Insgesamt spielte Graves in

über 70 Kino- und Fernsehfilmen sowie vielen Fernsehserien mit, so unter anderem auch in der Kinderserie „Fury“.
Peter Graves starb am 14. März in Los Angeles. Er hinterlässt seine Gattin Joan Endress, die er 1950 ehelichte, und die drei gemeinsamen Töchter Kelly, Claudia und Amanda.