Fils d'un père américain et d'une mère anglaise, il grandit à Chiswick (Londres) où il apprend la batterie dans sa jeunesse. Il intègre le groupe Genesis en 1970 à l'âge de 20 ans en remplacement du batteur Peter Gabriel. Avec Genesis, il connait un succès croissant au cours des années suivantes, notamment avec les albums "Selling England by the Pound" (1973) et "The Lamb Lies Down on Broadway" (1974).
En 1975, le groupe rencontre un énorme succès international avec l'album "Genesis", qui comprend notamment les singles "I Know What I Like (In Your Clobber)" et "The Return of the Giant Hogweed". Cependant, en 1976, à la suite d'une tournée difficile et de problèmes internes au groupe, le chanteur Peter Gabriel quitte Genesis pour poursuivre une carrière solo.
En 1978, Phil Collins prend le rôle de chanteur et de batteur pour le groupe, et enregistre avec lui les albums "...And Then There Were Three..." (1978) et "Duke" (1980), qui rencontrent un grand succès populaire. Puis il sort son premier album solo, "Face Value", en 1981, qui comprend le hit mondial "In the Air Tonight".
En 1984, avec le groupe Genesis, Phil Collins connaît un nouveau succès international grâce à l'album "Genesis" (connu sous le nom de "The ABACAB Album") et aux singles "Mama", "Keep It Dark" et "No Reply At All". Par la suite, il sort ses albums solos les plus populaires, "No Jacket Required" (1985) et "...But Seriously" (1989), qui comprennent des chansons telles que "Sussudio", "One More Night", "Two Hearts" et "Another Day in Paradise".
En 1996, Phil Collins annonce son départ définitif de Genesis pour se consacrer à sa carrière solo. Depuis lors, il a sorti des albums moins populaires mais toujours récompensés par la critique, notamment "Testify" (2002) et "Going Back" (2010).
Au cours de sa carrière, Phil Collins a été récompensé de nombreux prix, dont quatre Grammy Awards et un Oscar pour le meilleur film originel. Il est aussi membre du Rock and Roll Hall of Fame depuis 2010 en tant que membre fondateur de Genesis.