Nato col nome di Peter Arness a Minneapolis, Peter Graves fece il suo ingresso nel mondo dello show business a soli 16 anni lavorando in radio come speaker. Studiò dramma all'Università del Minnesota e dopo la laurea decise di trasferirsi a Hollywood, dove il fratello maggiore James Arness recitava nel cast di Gunsmoke. Dopo l'ingaggio ottenuto in Rogue River, pellicola del 1951, continuò a recitare in piccoli ruoli in numerose produzioni western per poi approdare alla televisione. Tra le sue pellicole più celebri, oltre al bellissimo Stalag 17 di Billy Wilder e alla saga de L'aereo più pazzo del mondo, si ricorda il western L'ascia di guerra.
Volto popolarissimo sul piccolo schermo per aver rimpiazzato Steven Hill nella serie Mission: Impossible, dove recitò per sei stagioni a partire dal 1967, Graves fece poi ritorno nella nuova versione della serie targata ABC e apparve nei panni del padre del protagonista di Settimo cielo.
L'attore Peter Graves si è spento all'età di 83 anni, per cause naturali a Pacific Palisades, in California.
1971 Premio Miglior attore protagonista (tv - dramma) per Missione impossibile
1970 Candidatura Miglior attore protagonista (tv - dramma) per Missione impossibile
1969 Candidatura Miglior attore (tv) per Missione impossibile
1955 Recitazione
2010 Recitazione
2009 Produzione
1980 Recitazione