Peter Straub wurde in Milwaukee, Wisconsin, als Sohn von Gordon Anthony Straub und Elvena (Nilsestuen) Straub geboren.
Straub las schon in jungen Jahren unersättlich, aber seine literarischen Interessen gefielen seinen Eltern nicht; Sein Vater hoffte, dass er zu einem Profisportler heranwachsen würde, während seine Mutter wollte, dass er ein lutherischer Geistlicher wurde. Er besuchte die Milwaukee Country Day School mit einem Stipendium und begann während seiner Zeit dort zu schreiben.
Straub erwarb 1965 einen BA in Anglistik an der University of Wisconsin-Madison und ein Jahr später einen MA an der Columbia University. Er unterrichtete kurz Englisch am Milwaukee Country Day, zog dann 1969 nach Dublin, Irland, um an einem Doktortitel zu arbeiten und professionell zu schreiben
Nach durchwachsenem Erfolg mit zwei literarischen Mainstream-Romanversuchen Mitte der 1970er-Jahre ("Ehen" und "Unter der Venus") versuchte sich Straub mit "Julia" (1975) erstmals im Übernatürlichen. Anschließend schrieb er „If You Could See Me Now“ (1977) und erregte mit seinem fünften Roman „Ghost Story“ (1979), der ein Erfolg bei den Kritikern wurde und 1981 verfilmt wurde, große öffentliche Aufmerksamkeit. Es folgten mehrere Horrorromane mit wachsendem Erfolg, darunter „The Talisman“ und „Black House“, zwei Fantasy-Horror-Kooperationen mit Straubs langjährigem Freund und Autorenkollegen Stephen King.
Neben seinen zahlreichen Romanen veröffentlichte er zu Lebzeiten mehrere Gedichte.
1966 heiratete Straub Susan Bitker. Sie hatten zwei Kinder; ihre Tochter Emma Straub ist ebenfalls Schriftstellerin. Die Familie lebte von 1969 bis 1972 in Dublin, von 1972 bis 1979 in London und ab 1979 im Raum New York City.
Straub starb am 4. September 2022 im Alter von 79 Jahren an den Folgen einer gebrochenen Hüfte. Zum Zeitpunkt seines Todes lebten er und seine Frau in Brooklyn (New York City).