Après des études de piano au Conservatoire Royal de Musique de Liège où il obtient un Premier prix, Philippe Boesmans renonce finalement à une carrière de pianiste – à part quelques interventions lors de concerts avec l'ensemble Musique Nouvelle – préférant se consacrer à la composition qu'il étudie en autodidacte. Ses rencontres avec Pierre Froidebise, Henri Pousseur, Célestin Deliège et André Souris, ainsi que des stages à Darmstadt déterminent et assurent sa volonté de composer.

Ses premières pièces datent du début des années soixante et témoignent de la profonde influence – à travers les œuvres de Berio, Boulez, Pousseur et Stockhausen – d'un sérialisme qui se fissure, incluant consonances et périodicités rythmiques.

En 1971, Boesmans est rattaché au Centre de recherches musicales de Wallonie, dirigé par Henri Pousseur et au Studio électronique de Liège. Producteur à la RTBF, il est, de 1985 à 2007, compositeur en résidence au Théâtre Royal de la Monnaie, dont les directeurs Gérard Mortier puis Bernard Foccroulle lui commandent de nombreuses pièces comme les Trakl-Lieder (1987), une transcription de l'opéra de Monteverdi Le Couronnement de Poppée (1989) et plusieurs œuvres scéniques : La passion de Gilles (1983), Reigen (1993), avec une mise en scène de Luc Bondy sur la pièce du même nom de Schnitzler, reprise de nombreuses fois, qui vaut au compositeur une renomée internationnale. Wintermärchen, d'après The Winter’s Tale de Shakespeare, nouvellecollaboration avec Luc Bondy est créée en 1999 au Théâtre Royal de La Monnaie à Bruxelles et repris 2000 à l’Opéra de Lyon, au Châtelet à Paris et en 2004 au Liceu à Barcelone. Suivent les opéras Julie créé au théâtre de la Monnaie de Bruxelles en 2005, repris à Vienne et au festival d'Aix-en-Provence et Yvonne, princesse de Bourgogne, comédie tragique créée à l'Opéra de Paris en 2009. Philippe Boesmans collabore à deux reprises avec Joël Pommerat qui signe le livret et la mise en scène de deux de ses opéras : Au Monde, créé au Théâtre de La Monnaie à Bruxelles en 2014 et Pinocchio, créé au Festival d'Aix-en-Provence en 2017.

Ses œuvres, programmées par les principaux festivals internationaux – Darmstadt, Varsovie, Zagreb, festival Ars Musica Bruxelles, Royan, Metz, Avignon, Strasbourg, Montreal – ont reçu de nombreux prix, parmi lesquels le Prix Italia pour Upon La-Mi (1969), le Prix de l'Union de la Presse Musicale Belge, le Prix de l'Académie Charles-Cros et le Prix international du disque Koussevitzky pour l'enregistrement du Concerto pour violon et de Conversions et le Prix Charles-Cros pour le DVD de Julie en 2007. En 2000, Boesmans reçoit le prix Honegger pour l'ensemble de son œuvre et, en 2004, le Prix Musique de la SACD.