Fils d'un père instituteur et d'une mère clerc de notaire (il n'a aucun lien de parenté avec Patrick Besson), Philippe Besson grandit avec son frère aîné dans l'appartement qui donne sur la cour de récréation de l'école où son père enseigne. Marqué par son entrée en sixième, où ses petits camarades se moquent de ses « gestes de fille », il trouve le salut par les études : il est diplômé de l'École supérieure de commerce de Rouen et titulaire d'un DESS de droit social. En 1989, il s'installe à Paris où il exerce la profession de juriste et enseigne le droit social. Pendant cinq ans, il sera le bras droit de Laurence Parisot, en tant que DRH, puis secrétaire-général de l'Institut français d'opinion publique. Par la suite, il sera DRH de T-Online France – Club Internet.
Le 4 septembre 1999, une rupture amoureuse et la lecture de récits d'anciens combattants de la Première Guerre mondiale, l'incite à écrire son premier roman : En l'absence des hommes. Ce premier ouvrage est publié en 2001 par les éditions Julliard. Le roman, qui met en scène le personnage de Marcel Proust, rencontre succès critique et public et est récompensé par le prix Emmanuel-Roblès. La même année, en août 2001, Philippe Besson publie Son frère qui sera retenu pour la sélection du prix Femina. L'adaptation cinématographique qu'en fera Patrice Chéreau en 2003, recevra l'Ours d'argent au festival de Berlin.
L'Arrière-saison, roman publié en 2002, est récompensé par le grand prix RTL-Lire 2003, année où paraît Un garçon d'Italie qui se voit sélectionné pour les prix Goncourt et Médicis. Conforté par l'intérêt que suscitent ses ouvrages, Philippe Besson décide alors de se consacrer exclusivement à l'écriture.
Édité en 2004, son cinquième roman, Les Jours fragiles — centré sur les derniers jours d'Arthur Rimbaud —, retient l'attention du cinéaste François Dupeyron. Les droits du livre sont acquis par Gérard Depardieu et Claude Berri, pour une éventuelle adaptation au cinéma.
En mars 2007, il a signé avec 150 personnes un texte qui appelait à voter pour Ségolène Royal, candidate à l'élection présidentielle, {{citation}}, pour {{citation}}.
En 2011, il soutient l'action de l'association Isota qui milite pour le mariage et l'adoption d'enfants par des couples homosexuels. Jusqu'en 2013, il tient une chronique régulière dans le magazine à destination de la communauté gay Têtu.
Son style dépouillé est fortement inspiré de l'écrivain Marguerite Duras.
Son livre Vivre vite, consacré à James Dean, paraît en janvier 2015, année anniversaire des 60 ans de la mort de l'acteur le 30 septembre 1955.