Après des études secondaires au lycée Montaigne à Bordeaux, Philippe Doutre-Pichot intègre l'Institut national supérieur des arts du spectacle et des techniques de diffusion (INSAS) à Bruxelles pour suivre les enseignements de Xavier Giannoli.
Son parcours débute dans le cinéma indépendant, où il réalise son premier long métrage, "Bruce Lee est mort", en 1993. Le film est présenté en sélection officielle à la Mostra de Venise et attire l'attention du public et des critiques grâce à une mise en scène acerbe de la vie d'un adolescent dans les années 80.
En 1996, il tourne "Célibataires", un film qui rencontre un grand succès commercial avec plus de 3 millions de spectateurs en salles. La même année, il réalise "L'Arlésien", un long métrage qui remporte le César du meilleur scénario original et obtient quatre autres nominations aux Césars.
En 2001, il adapte "La Reine Margot" de Dumas à l'écran avec sa version télévisée en cinq parties. Le film est un succès critique et commercial avec plus de 3 millions de téléspectateurs.
En 2005, il réalise "Les Enfants du marais", d'après le roman de Pascal Quignard. Le film est présenté en sélection officielle au Festival de Cannes et obtient deux Césars : meilleur son et meilleure musique originale.
Depuis 2015, Philippe Doutre-Pichot enseigne à l'Université de Sorbonne Nouvelle - Paris 3 le métier de réalisateur au sein du département cinéma. Il est également membre de l'Académie des arts et techniques du cinéma, où il siège depuis son élection en 2016.
Philippe Doutre-Pichot est ainsi un réalisateur prolifique qui a marqué le cinéma français avec ses films durs et acérés, et qui continue à travailler sur des projets cinématographiques à venir.