Cresce a Minneapolis e già a nove anni iniziò a recitare nei teatri quando presto sbarcò alle produzioni di Broadway. Ha studiato presso l'Università del Minnesota ed è alto 1,69 m. Nel 1981 ricopre il ruolo del protagonista nel film fantasy Il drago del lago di fuoco[1] e subito è notato dalla critica per le sue promettenti qualità. Negli anni a seguire fu impegnato in diverse produzioni cinematografiche, alcune delle quali destinate alla televisione.
Il successo
Nel 1982 recita accanto a Meryl Streep e a Kevin Kline nel pluripremiato (per l'interpretazione della Streep) La scelta di Sophie, di Alan J. Pakula, in cui riveste con sensibilità l'interessante ruolo del giovane narratore Stingo, un profilo drammatico da cui la sua carriera in seguito si allontanerà.
Nel 1986 sposa Marsue Cumming, la quale è fondatrice di un'associazione non-profit rivolta ai bambini in Los Angeles.[2] Nello stesso anno prende parte al film Black Jack.[3] Nel 1989 Peter MacNicol è il dottor Janosz Poha in Ghostbusters II, film che lo rende definitivamente noto al grande pubblico.
È soprattutto con la sua interpretazione nella serie Ally McBeal (dal 1997 al 2002), nella quale interpreta il ruolo dell'eccentrico ma abile avvocato John Cage, che Peter MacNicol ottiene largo successo anche in Europa. L'attore, che per un certo periodo è stato anche il regista della serie, nel 2001 riceve, grazie al telefilm, l'Emmy Award quale miglior attore non-protagonista.
Dal 2005 Peter MacNicol interpreta il dottor Larry Fleinhardt nella fiction televisiva Numb3rs.[5] Nel 2007 MacNicol ha partecipato alla sesta stagione della pluripremiata serie televisiva 24 nel ruolo di Thomas Lennox, il consigliere del Presidente degli Stati Uniti.[5] Nel 2010 entra nel cast della settima stagione di Grey's Anatomy, come nuovo primario di pediatria in frequente conflitto con Alex Karev. Nel 2015 è nel terzo spin-off di CSI: Cyber come assistente del direttore dell'FBI Stavros Strifter, che lascerà al termine della prima stagione.
Videogiochi
MacNicol ha doppiato il Cappellaio Matto nella serie di Batman: Arkham.[6]