Peter Dinklage se lance assez tôt dans le cinéma, où il incarne des personnes de petite taille (1,35 m) mais aussi des êtres surnaturels. Il est révélé au grand public dans le film The Station Agent (2003) pour lequel il est nommé pour l’Independent Spirit Award et le Screen Actors Guild Award. Son rôle de Trumpkin dans le film Le Prince Caspian (2008) donne à sa carrière un tournant international. Il joue en outre son propre rôle pour HBO dans un épisode de la saison 2 de la série télévisée Entourage (épisode 7 – 2005).
Depuis 2011, il est principalement connu pour son rôle de Tyrion Lannister dans la série à succès Game of Thrones, pour lequel il remporte un Golden Globe et deux Primetime Emmy Awards. Il a joué dans le film Knights of Badassdom, sorti dans les salles en France au début de l’année 2014. En 2014, il joue l’antagoniste principal, Bolivar Trask, dans X-Men: Days of Future Past.