W 1962 roku wcielił się w postać Thomasa Edwarda Lawrence’a, brytyjskiego archeologa i agenta wywiadu na Bliskim Wschodzie, zwanego Lawrence’em z Arabii (ang. Lawrence of Arabia). Film wyreżyserowany przez Davida Leane’a przyniósł Peterowi O’Toole pierwszą z ośmiu w jego karierze nominacji do Oscara oraz nagrodę Brytyjskiej Akademii Filmowej (BAFTA).
Zagrał również w dramatach historycznych „Becket” i „Lew w Zimie”. W „Ostatnim cesarzu” Bernardo Bertolucciego grał angielskiego nauczyciela ostatniego cesarza Chin – Pu Yi. W teatrze był odtwórcą ról szekspirowskich.
W 2012 roku na miesiąc przed swymi 80. urodzinami ogłosił, że kończy karierę. Aktor, który miał reputację notorycznego awanturnika i którego zdrowie mocno nadszarpnął alkohol, zapowiadał wówczas pracę nad kolejnym tomem wspomnień.
„Moje życie zawodowe na scenie i ekranie przyniosło mi poparcie ludzi, spełnienie emocjonalne i komfort materialny. Połączyło mnie też ze wspaniałymi ludźmi, dobrymi towarzyszami, z którymi dzieliłem nieuchronny los wszystkich aktorów: sukcesy i klapy” – podsumował wówczas swoją trwającą ponad pół wieku karierę.
Honorowego Oscara otrzymał w 2003 roku. Ostatnią nominację, w 2006 roku, otrzymał za film „Venus”.
