Après des études en classe de mathématiques spéciales à Lyon, il se tourne vers la musique en 1942 et s’installe à Paris où il sera admis, deux ans plus tard, dans la classe d’harmonie d’Olivier Messiaen au Conservatoire de Paris. Andrée Vaurabourg lui enseignera ensuite le contrepoint, Olivier Messiaen la composition et René Leibowitz la technique dodécaphonique. Il obtient un Premier Prix en 1945.

En 1946, nommé directeur de la musique de scène de la Compagnie Renaud-Barrault, il dirige des partitions de Auric, Poulenc, Honegger et de lui-même. Il compose la Sonatine pour flûte et piano, la Première Sonate pour piano et la première version du Visage nuptial pour soprano, alto et orchestre de chambre, sur des poèmes de René Char. Dès lors, sa carrière de compositeur s’affirme.

En 1951, il se livre à des expériences aux studios de musique concrète de Pierre Schaeffer à Radio France, qui ont donné naissance à deux études de musique concrète.

En 1953 naissent les Concerts du Petit Marigny qui prendront l’année suivante le nom de Domaine Musical, dont il assurera la direction jusqu’en 1967.

Aux cours d’été à Darmstadt entre 1954 et 1965, il intervient dans de nombreuses conférences, aboutissant à la parution de sa monographie, Penser la musique aujourd’hui (1963). Il s’y affirme avec Stockhausen, Berio, Ligeti et Nono comme une des plus fortes personnalités de sa génération.

En 1966, sur l’invitation de Wieland Wagner, il dirige Parsifal à Bayreuth, puis Tristan et Isolde au Japon.

En 1969, Pierre Boulez dirige pour la première fois l’Orchestre philharmonique de New York, dont il prendra la direction de 1971 à 1977, succédant à Leonard Bernstein.

Parallèlement, il est nommé chef permanent du BBC Symphony Orchestra à Londres, fonction qu’il assume de 1971 à 1975.

À la demande du président Georges Pompidou, Pierre Boulez accepte de fonder et de diriger l’lnstitut de recherche et coordination acoustique/musique (Ircam), qui ouvrira ses portes à l’automne 1977.

En 1975, Michel Guy, secrétaire d’Etat aux Affaires culturelles, annonce la création de l’Ensemble intercontemporain (EIC), dont la présidence est confiée à Pierre Boulez.

En 1976, il est invité à Bayreuth pour diriger la Tétralogie de Wagner, dans une mise en scène de Patrice Chéreau, pour la célébration du centenaire du « Ring ». Cinq années de suite, il dirigera cette production, qui sera ensuite enregistrée sur disque et en cassette vidéo.

Professeur au Collège de France entre 1976-1995, il est également l’auteur de nombreux écrits sur la musique.

En 1979, il dirige la première mondiale de la version intégrale de Lulu, d’Alban Berg, à l’Opéra de Paris.

Parallèlement, Pierre Boulez s’associe à d’autres projets importants pour la diffusion de la musique, tels les créations de l’Opéra Bastille et de la Cité de la musique à La Villette.

En 1988, il réalise une série de six émissions télévisées : « Boulez XX^e siècle ». Dans le cadre du festival d’Avignon, il dirige Répons à la carrière Boulbon et est le compositeur invité du centre Acanthes, à Villeneuve-lès-Avignon, où il donne une série de cours de direction d’orchestre.

En 1992, Pierre Boulez décide de quitter la direction de l’Ircam pour se consacrer à la direction d’orchestre et à la composition. Il signe un contrat d’exclusivité avec Deutsche Grammophon et continue son imposante discographie avec les plus grands orchestres. En août de la même année, le festival de Salzbourg lui consacre une programmation exhaustive consistant en concerts avec l’Ensemble intercontemporain et l’Ircam, et avec des formations symphoniques.

Pierre Boulez est invité régulièrement aux festivals de Salzbourg, de Berlin et d’Édimbourg, et titulaire de nombreux prix tels les prix Siemens (1979), Polaris (1996), Grawemeyer (2001), Glenn Gould (2002), Kyoto (2009), Golden Lion for Lifetime Achievement (Biennale de Venise, 2012) et BBVA Foundation Frontiers of Knowledge (2013).

Ses principales œuvres réalisées à l’Ircam sont Répons (1981-1988) pour six solistes, ensemble et ordinateur, créée dans sa version finale lors du festival d’Avignon en 1988 ; Dialogue de l’ombre double (1985) pour clarinette, bande et dispositif de spatialisation, …explosante-fixe… pour flûtes, ensemble et ordinateur (1991-1993) et Anthèmes 2 (1997), pour violon et dispositif électronique.

Ses dernières compositions sont sur Incises, créée en 1998 au Festival d’Édimbourg, et Dérive 2, dont la dernière version a été créée en juillet 2006 au festival d’art lyrique d’Aix-en-Provence. En 2005, il signe également une pièce pour piano destinée à un album de partitions pour jeunes pianistes, Une page d’éphéméride ainsi qu’une révision d’une courte œuvre de 1969, Pour le Dr. Kalmus.

Entre 2004 et 2007, il dirige de nouveau la Tétralogie de Wagner à Bayreuth, cette fois dans une mise en scène de Christoph Schlingensief. En 2013, Deutsche Grammophon édite un coffret de 13 Cds de l’œuvre complète du compositeur. Parmi les nombreuses célébrations des 90 ans du compositeur en 2015, signalons des festivals dédiés à sa musique, proposés par les orchestres de Cleveland et de Chicago ainsi qu’un autre dans sa ville d’adoption, Baden Baden (Allemagne). Une exposition sur Boulez a également eu lieu au Musée de la musique (Philharmonie de Paris) et des événements d’envergure ont eu lieu au Centre Barbican de Londres.