Thiel s-a născut în Frankfurt, Germania, în familia inginerului mecanic Klaus Thiel şi a Susannei Thiel. S-a mutat în Statele Unite ale Americii împreună cu familia la vârsta de un an şi a crescut în Foster City, în California. A studiat filosofia secolului XX la Universitatea Stanford. A absolvit în 1989, iar ulterior a studiat şi în cadrul unui program doctoral la Şcoala de Drept Stanford, până în 1992. Un libertarian declarat, a participat la fondarea publicaţiei Stanford Review în 1987.

Aceasta a devenit cunoscută pentru promovarea bunelor moravuri în cadrul campusului, inclusiv a corectitudinii politice şi împotriva discursurilor de ură. Stanford Review este acum principala publicaţie conservatoare/libertariană a universităţii. Thiel s-a împrietenit şi cu alţi studenţi la Stanford, dintre care majoritatea au contribuit la realizarea Stanford Review. Printre ei se află Keith Rabois, David O. Sacks şi Reid Hoffman. Câţiva dintre ei au lucrat ulterior la PayPal şi fac parte din PayPal Mafia (numele cu care este cunoscută echipa fondatoare a PayPal).

În perioada studiilor la Stanford, Thiel l-a întâlnit şi pe antropologul René Girard, a cărui teorie mimetică l-a influenţat. Thiel a lucrat pentru judecătorul J.L. Edmondson la Curtea de Apel a Statelor Unite ale Americii, la un an după absolvirea Şcolii de Drept Stanford. Între 1993 şi 1996, a tranzacţionat pentru Credit Suisse Group, trei ani mai târziu, a pus bazele fondului multistrategie Thiel Capital Management.

A fondat sistemul de plăţi online PayPal în 1998, împreună cu Max Levchin. Compania a fuzionat ulterior cu X.com, condusă atunci de Elon Musk şi a devenit companie publică la data de 15 februarie 2002. În cursului aceluiaşi an, a fost preluată de eBay pentru 1,5 miliarde de dolari.

Cele 3,7% acţiuni deţinute de Thiel în companie valorau 55 de milioane de dolari la momentul achiziţiei. În august 2004, Thiel a făcut o investiţie de 500.000 de dolari în reţeaua socială Facebook, în schimbul unui procent de 10,2% din companie şi s-a alăturat astfel consiliului director al companiei. Aceasta a fost prima investiţie în Facebook. În mai 2012, Thiel a vândut 16,8 milioane de acţiuni Facebook pentru 638 de milioane de dolari, la un preţ de aproape 38 de dolari/acţiune, iar în august 2012 a vândut aproape toate acţiunile rămase pentru circa 1 miliard de dolari. A păstrat un pachet de acţiuni şi are încă un loc în consiliul director. În 2005, Thiel a creat Fondul Fondatorilor, o companie de venture capital cu sediul în San Francisco.

Thiel a făcut investiţii în numeroase start-up-uri, atât personal, cât şi prin fondurile sale de investiţii, printre acestea aflându-se LinkedIn, Yelp, Inc., Quoara, Booktrack, Big Think, Palantir. Fundaţia Thiel oferă tinerilor antreprenori 100.000 de dolari pe parcursul a doi ani pentru a-şi urma visul în afaceri.  În cercurile din Silicon Valley, Thiel este considerat Don-ul din PayPal Mafia. În cadrul unei conferinţe, a declarat că printre obiectivele sale se numără lupta împotriva îmbătrânirii, un domeniu în care nu s-a investit şi nici nu s-au făcut suficiente studii. A susţinut numeroase cauze în domenii diverse; libertarian conservator declarat, este implicat şi în politică şi a fost şi coproducător al filmului Thank You For Smoking, ce are ca bază romanul omonim al lui Christopher Buckley.