Sa notoriété internationale date de sa participation au filmFargo, deJoel Coen, dans lequel il interprète Gaear Grimsrud, un tueur psychopathe. Il est aussi connu pour son rôle deJohn Abruzzi, ancien patron de la mafia et l'un des huit évadés de Fox River dans lasérie téléviséePrison Break, ou encore pour son rôle dansDancer in the Dark deLars von Trier.
Peter Stormare a été marié àKaren Sillas de 1989 à 2006. Il est remarié à Toshimi Stormare depuis 2008.Il a deux filles, Kelly Stormare, née en 1989 et Kaiya Bella Luna Stormare, née en 2009.
De formation théâtrale, Peter Stormare joue pendant une quinzaine d'années au Théâtre national de Suède et participe à cinq grandes tournées internationales dirigées par le metteur en scène suédoisIngmar Bergman :Hamlet,Long day's journey into night,Mademoiselle Julie,Le Roi Lear etLes Bacchantes.
Sa première apparition au cinéma dans un film connu remonte à 1982 où il interprète un petit rôle dansFanny et Alexandre d’Ingmar Bergman.
Ayant préalablement incarné un neuro-chimiste sur la défensive dansL'Éveil (1990) dePenny Marshall, Peter Stormare donne la réplique àJeremy Irons etJuliette Binoche dans le drameFatale (1992) deLouis Malle. C'est en 1996 qu'il accède véritablement à la consécration grâce à sa prestation de Gaear Grimsrud, le malfrat taciturne et brutal complice de Carl Showalter (interprété parSteve Buscemi), dansFargo des frèresJoel et Ethan Coen[N 1]. Il tourne à nouveau sous leur direction en 1997 dansThe Big Lebowski.
Son physique imposant et sa mine patibulaire lui permettent d'incarner des personnages inquiétants comme Shayes, un froid et mystérieux tueur à gages dansCode Mercury (1998) deHarold Becker, un dangereux trafiquant desnuff movies dans8 millimètres (1999) deJoel Schumacher ou encore un ami peu recommandable dansBruiser (2000) deGeorge A. Romero.
Plutôt rare sur le petit écran, l'acteur accepte une apparition en guest-star dansJoey en 2004 avant de se laisser enfermer dans le pénitencier dePrison Break (2005). Il y incarne un dangereux chef de la mafia,John Abruzzi, qui purge une peine de 120 ans d'emprisonnement, et qui profite du plan de Scofield (Wentworth Miller) pour tenter de s'évader.
Stormare poursuit également une carrière musicale avec son groupe de rockBlonde From Fargo. En 2008, il a prête sa voix à un scientifique russe dans les cinématiques du jeuCommand and Conquer : Alerte rouge 3.
En 2010, il joue le rôle d'unSS-Obergruppenführer (grade équivalent à général) dans le clip de la chansonUprising, du groupe de métal suédoisSabaton.
En 2014 il joue le rôle de Berlin dans la sérieThe Blacklist au cours des saisons1 et2.
En 2015, il prête sa voix et ses traits pour le jeu-vidéoUntil Dawn dans lequel il incarne le Dr. Hill.