Fils d’un industriel du cinéma et petit-fils d’Alexis de Broca, peintre de renom, Philippe de Broca fait ses études à l’école technique de photographie et de cinématographie (école Vaugirard à Paris) dont il sort diplômé en 1953. Il effectue son service militaire au service cinématographique des armées (SCA) en Allemagne puis en Algérie comme chef opérateur ou réalisateur de courts métrages. Très affecté par la guerre, il se jure de montrer dans ses futurs films la vie sous son meilleur jour « parce que le rire est la meilleure défense contre les drames de la vie. » De retour à la vie civile, il part dans une expédition de camions Berliet en Afrique qu’il traverse du nord au sud avant de rentrer à Paris.

Il débute comme stagiaire d’Henri Decoin avant de devenir l’assistant de Claude Chabrol (Le Beau Serge, Les Cousins, À double tour), de François Truffaut (Les 400 coups) et de Pierre Schœndœrffer (Ramuntcho) . En 1959, Claude Chabrol lui produit son premier film Les jeux de l’amour avec Jean-Pierre Cassel. Il poursuivra sa complicité avec Cassel dans Le Farceur (1961), L’Amant de 5 jours (1961) et Un Monsieur de Compagnie (1965).

Son premier succès commercial arrive avec Cartouche tourné en 1962, qui associe désormais deux noms dans la carrière de Philippe de Broca : Jean-Paul Belmondo comme acteur et Alexandre Mnouchkine comme producteur. La consécration internationale est acquise avec L’homme de Rio en 1964, Les tribulations d’un chinois en Chine en 1965, Le Magnifique en 1973 et L’Incorrigible en 1975.

En 1966, il co-écrit, réalise et produit Le Roi de cœur. Cette parodie sur la fin de la première guerre mondiale qui met en scène les plus grands noms de la scène française (Micheline Presle, Michel Serrault, Pierre Brasseur, Julien Guiomar, Jean-Claude Brialy, Françoise Christophe) et que certains cinéphiles considèrent comme son chef-d’œuvre, est un échec commercial et personnel qui l’atteindra.

Il poursuit sa carrière en retrouvant la comédie, qui n’est en apparence que du pur divertissement avec Le Diable par la queue interprété par Yves Montand et Madeleine Renaud en 1969, puis Tendre Poulet en 1978 et On a volé la cuisse de Jupiter en 1980 avec Philippe Noiret et Annie Girardot, et enfin Le Cavaleur en 1979 avec Jean Rochefort.

En 1988, son film Chouans avec Sophie Marceau et Philippe Noiret qui est une mise en question des philosophies de l’histoire, ne rencontre pas le succès escompté.

Il réalise alors une dizaine de téléfilms appréciant la rapidité des tournages et la vie d’équipe avant de renouer avec le succès en adaptant Le Bossu pour Daniel Auteuil en 1997.

En 1998, il est président du jury au Festival du cinéma russe à Honfleur.

En 2004 Philippe de Broca tourne l’adaptation de Vipère au poing avec Jacques Villeret et Catherine Frot. Ce sera son dernier rendez-vous réussi avec le public qu’il ne savourera pas ; rattrapé par un cancer il décédera le 26 novembre 2004.

Son œuvre durant toute sa carrière alternera entre deux tendances : les films à grand spectacle comme Cartouche, Le Roi de cœur ou Le Bossu, et la comédie d’aventures vive, rythmée et contemporaine comme L'Homme de Rio, Le Magnifique ou Le Cavaleur. Pourtant cette classification s’applique mal à l’œuvre de Philippe de Broca car, détestant la convention, il aime à brouiller les pistes entre réel et imaginaire. Son cinéma que l’on croyait léger devient pour les cinéphiles un cinéma qui pense et qui interpelle sur la société de la deuxième partie du xxe siècle.

La fidélité à ses acteurs, constante que l’on retrouve dans ses films, s’applique aussi pour des collaborations fidèles avec les auteurs Daniel Boulanger et Michel Audiard et une complicité musicale exceptionnelle avec Georges Delerue.

Aujourd’hui Philippe de Broca est reconnu par la jeune génération de réalisateurs qui ne cesse de faire référence à son œuvre.