Peter Alexander Neumayer wird am 30. Juni 1926 als Sohn des Bankiers Anton Neumayer und seiner Frau Bertha, geb. Wenzlick, in Wien geboren. Sein erster Berührungspunkt mit der Musik mag das großväterliche Musikgeschäft in Pilsen gewesen sein; bereits ab dem fünften Lebensjahr singt er bei den Wiener Sängerknaben. Das 1946 aufgenommene Medizinstudium an der Wiener Universität bricht er nach kurzer Zeit ab, um am Wiener Max-Reinhardt-Seminar Schauspiel zu studieren. Nach seinem Abschluss folgen Engagements am Burgtheater, dem Wiener Stadttheater, dem Kolosseum und dem Kabarett Simplicissimus.

1951 erscheint seine erste Schallplatte ("Das machen nur die Beine von Dolores"), 1953 gewinnt er mit dem Lied "La bella Musika" den Deutschen Sängerwettbewerb in München, sein Filmdebüt gibt Peter Alexander 1952 in einer Nebenrolle des österreichischen Revuefilms "Verlorene Melodie". Mehrere Nummer-1-Erfolge in der deutschen Single-Hitparade festigen seine Popularität als Sänger, mit den Filmen "Liebe, Tanz und 1000 Schlager" (1955) und "Bonjour, Kathrin" (1956) wird er zum gefragten Leinwandstar.

Fortan spielt und singt Peter Alexander in zahlreichen österreichischen Kinofilmen und deutschen Produktionen. Zu seinen beliebtesten Filmen der 1960er Jahre zählen die österreichische Reihe um den "Grafen Bobby" – "Die Abenteuer des Grafen Bobby" (1961), "Das süße Leben des Grafen Bobby" (1962), "Graf Bobby, der Schrecken des Wilden Westens" (1965) –, groß angelegte Operettenfilme wie die deutsch-österreichische Koproduktion "Im weißen Rössl" (1960) und die "Lümmel"-Filme "Zum Teufel mit der Penne" (1968) und "Hurra, die Schule brennt" (1969).

Géza von Cziffra, Regisseur vieler Peter-Alexander-Filme, erklärt zum anhaltenden Erfolg des Stars: "Das größte Geheimnis seines Erfolges ist, dass er kein Film-Schauspieler ist. Er war kein Schauspieler im herkömmlichen Sinn, der eine Rolle verkörperte. Er war der reizende, nette Bursche, der er auch im Leben ist. Er hat eine ungeheure menschliche Ausstrahlung im Film, und das ist bei einem Schauspieler wichtiger, als nur mit dem Kopf zu spielen."

1972 ist Peter Alexander in "Hauptsache Ferien" zum letzten Mal in einem Kinofilm zu sehen. Von nun an konzentriert er sich auf seine Gesangs- und TV-Karriere.

In den 1970er Jahren feiert er mit den Fernsehreihen "Peter Alexander präsentiert Spezialitäten" und "Peter Alexander: Wir gratulieren" sowie in den 1980er und den frühen 1990er Jahren mit der "Peter-Alexander-Show" große Erfolge.

Nach dem Tod seiner Frau 2003 zieht er sich weitgehend aus dem Showgeschäft zurück. Nur sehr vereinzelt tritt er noch vor die Fernsehkameras, meist, um in großen Galas zu seinen Ehren aufzutreten. Ansonsten führt Peter Alexander ein zurückgezogenes Leben in seiner Geburtsstadt Wien, wo er am 12. Februar 2011 im Alter von 84 Jahren stirbt.