Esterházy Mátyás és Mányoki Magdolna első gyermekeként született Budapesten, 1950. április 14-én. Az Esterházy család grófi ágából származott, nagyapja Esterházy Móric, aki Magyarország miniszterelnöke is volt, nagyanyja, Károlyi Margit pedig még az Esterházyaknál is ősibb magyar főnemesi család sarja.

(Károlyi Margit apja a Nyírbaktán, - mai Baktalórántháza - született gr. Károlyi Gyula, Magyarország egykori miniszterelnöke.) felesége Reén Margit, négy gyermek édesapja.
Arisztokrata származásuk miatt az Esterházy családot 1951-ben a Heves megyei Hortra telepítették ki, csak 1957-ben kerültek vissza Budapestre, ekkor költöztek az Emőd utca egyik házába. A kitelepítés éveiről olvashatunk a Harmonia caelestisben, és az Egyszerű történet vessző száz oldal – a Márk változatban is.

Péter és 2 testvére az Emőd utcai házban nőtt fel, de a nyarakat Károlyi nagymamánál töltötték Majkon, aki annak ellenére sem volt hajlandó elhagyni az országot, hogy férje, Esterházy Móric 1956 után disszidált (ezzel egyébként újabb nehézségek elé állítva a családot). A vasakaratú asszony személyisége nagy hatással volt a fiatal Péterre, aki később írásaiban őt is többször megörökítette.

Esterházy Péter Budapesten végezte az iskoláit: a piarista gimnáziumba járt, majd (mivel érettségikor közölték vele, hogy tanárszakra semmiképpen sem mehet) az ELTE matematika szakára iratkozott be. Az egyetem elvégzése után néhány évig egy számítástechnikai intézetben dolgozott, majd 1978-tól szabadfoglalkozású író lett. 1993-tól a Széchenyi Irodalmi és Művészeti Akadémia tagja. Munkásságát számtalan díjjal jutalmazták, többek között József Attila-díjat, illetve 1996-ban Kossuth-díjat is kapott.

Alapító tagja az 1998-ban létrejött a Digitális Irodalmi Akadémiának.

Apja, Esterházy Mátyás az 1950-es években a belügyminisztérium III/III-as ügynöke lett, Csanádi álnéven írt jelentéseket. Ezt Esterházy Péter is csak a 2000-es évek elején tudta meg, amikor a Történeti Hivatalban a saját magáról szóló jelentések után kutatott. Az apa ügynökmúltjával való szembesülést a Javított kiadás című regényben írta meg 2002-ben, amely így az édesapa figuráját előtérbe helyező Harmonia caelestis kiegészítő kötete lett.

2015-ben hasnyálmirigyrákot diagnosztizáltak az írónál. Ekkor elhatározta, hogy naplószerűen lejegyzi majd, mi történik vele. A naplóból végül egy könyv jelent meg. A regényben a kezdeti fájdalomérzettől a Kékgolyó utcai onkológiai vizsgálat előtti izgalmakon át egészen a rövid ideig tartó gyógyulásig követhetjük az író mindennapjait.

2016-ban ő nyitotta meg a 87. Ünnepi Könyvhét rendezvénysorozatát. Ünnepi beszédében a könyvek és az olvasás fontosságáról beszélt. A beszédet egyik legjobb barátja Dés László kísérte szaxofonon.

Alig több, mint egy hónap múlva, 2016. július 14-én hunyt el.

Esterházy Péter írói hagyatéka 2021-ben került a Berlini Művészeti Akadémia Archívumába. Halála után a Petőfi Irodalmi Múzeum akkori vezetője, Prőhle Gergely felvette a kapcsolatot a családdal, de leváltása után elakadtak a tárgyalások. A család tizenkétezer-kötetes könyvtára viszont Magyarországon maradt, Fabinyi Tamás püspök közreműködésével a Magyarországi Evangélikus Egyház gondozásába került, és Esterházy Péter és Gitta Könyvtár néven látogatható az Üllői úton.

Esterházy Péter a Veszprém megyében található Ganna településén nyugszik, a Szent Kereszt felmagasztalása templom alatt található mauzóleumban. Egy szürke márványfalba helyezték el a hamvait a búcsúztatón.