Philippe Leroux intègre le Conservatoire national supérieur de musique de Paris en 1978, dans les classes d’Ivo Malec, Claude Ballif, Pierre Schaeffer et Guy Reibel. Il y obtient trois premiers prix. Durant cette période, il étudie également avec Olivier Messiaen, Franco Donatoni, Betsy Jolas, Jean-Claude Eloy et Iannis Xenakis. En 1993, il est pensionnaire à la Villa Médicis où il séjourne jusqu’en octobre 1995.

Il est l’auteur de près de quatre-vingts œuvres, symphoniques, acousmatiques, vocales, pour dispositifs électroniques, et de musique de chambre. Celles-ci lui ont été commandées par le ministère français de la Culture, l’Orchestre philharmonique de Radio-France, la Südwestfunk Baden-Baden, l’Ircam, Les Percussions de Strasbourg, l’Ensemble intercontemporain, l’ensemble Court-Circuit, l’ensemble 2e2m, l’Ensemble Orchestral Contemporain, l’ensemble Sillages, l’INA-GRM, le Nouvel Ensemble Moderne de Montréal, Sixtrum, l’ensemble Ictus, le Festival Musica, l’ensemble BIT 20, la fondation Koussevitsky, l’ensemble San Francisco Contemporary Music Players, l’ensemble Athelas, l’Orchestre national de Lorraine, l’Orchestre philharmonique de Nice, le CIRM, INTEGRA, le Festival Berlioz, ainsi que par d’autres institutions françaises et étrangères.

Ses œuvres sont jouées et diffusées en France et à l’étranger : festival de Donaueschingen, festival Présences de Radio-France, festival Agora, Biennale de Venise, festival de Bath, festival Musica, Journées de l’ISCM de Stokholm, festival MNM de Montréal, festival Musiques en Scènes de Lyon, festival Manca, festival de Bergen, festival Ultima d’Oslo, Tage für Neue Musik de Zürich, BBC Symphony Orchestra, Tonhalle Orchester Zürich, BBC Scottish Symphony Orchestra, Philharmonia Orchestra, Philharmonie Tchèque, Orchestre Philharmonique de Lorraine, etc.

Ses collaborations majeures avec l’Ircam comprennent Voi(rex), créée en 2003 à l’Institut par Donatienne Michel-Dansac et l’Ensemble L’Itinéraire sous la direction de Pierre-André Valade et Apocalypsis, créée en 2006 à la maison de Radio France par Donatienne Michel-Dansac, Valérie Philippin et l’Ensemble BIT20 dans le cadre du festival Agora. Cette pièce est récompensée par le prix Francis et Mica Salabert en 2007. En 2022, son premier opéra, L’annonce faite à Marie, d’après le texte de Paul Claudel est créé à l’Opéra de Nantes.

Parmi ses nombreux autres prix figurent le prix Hervé Dugardin, le prix de la meilleure création musicale contemporaine de l’année 1996 pour (d’)Aller, le prix SACEM des compositeurs, le prix André Caplet et Nadia et Lili Boulanger de l’Académie des Beaux-Arts de l’Institut de France, et le prix Arthur Honegger de la Fondation de France pour l’ensemble de son œuvre. En 2015, il est nommé membre de la Société Royale du Canada, l’Académie des beaux-arts de l’Institut de France lui attribue le Prix de composition musicale de la Fondation Simone et Cino Del Duca, et son disque Quid sit Musicus reçoit le Grand Prix du Disque 2015 décerné par l’Académie Charles Cros.

Il publie de nombreux articles sur la musique contemporaine, donne conférences et cours de composition dans des lieux tels que l’Université de Berkeley Californie, Harvard, la Grieg Academie de Bergen, l’Université de Columbia à New-York, le Conservatoire Royal de Copenhague, l’Université de Toronto, la Fondation Royaumont, l’IRCAM, le Conservatoire Américain de Fontainebleau, les Conservatoires Nationaux supérieurs de Musique de Paris et de Lyon, le domaine Forget au Québec, Georgia Institute of Technology à Atlanta.

De 2001 à 2006, il enseigne la composition à l’Ircam dans le cadre du cursus d’informatique musicale. En 2005 et 2006, il est également professeur à l’université McGill de Montréal dans le cadre de la Fondation Langlois. De 2007 à 2009, il est en résidence à l’Arsenal de Metz et à l’Orchestre national de Lorraine, puis de 2009 à 2011, professeur invité à l’Université de Montréal (UdeM). Depuis septembre 2011, il est professeur de composition agrégé à la Schulich School of Music de l’université McGill. Il est actuellement compositeur en résidence à l’Ensemble MEITAR de Tel-Aviv.