M.sc fra Københavns Universitet (1980), ph.d. (lic.polit.) fra Københavns Universitet (1985). Professor i økonomi fra 1991.
Primære forskningsinteresser er miljø-, ressource- og klimaøkonomi samt offentlig økonomi, herunder især skatteforhold og indretningen af det sociale sikringssystem.
Peter Birch Sørensen har blandt andet været formand for De Økonomiske Råd (overvismand), for Produktivitetskommissionen og for Klimarådet. Desuden leder af Nationalbankens økonomiske afdeling 2010-11. Han har endvidere fungeret som rådgiver for OECD, EU kommissionen, Den Internationale Valutafond og en række nationale regeringer herunder den norske, svenske og canadiske regering.