Il est essentiellement connu pour son rôle de John Cage, avocat associé principal déjanté aux plaidoiries tarabiscotées et aux drôles de lubies, dans la série Ally McBeal. Plus récemment, il tient le rôle du physicien Larry Fleinhardt dans la série Numb3rs, et de Tom Lennox, le secrétaire général de la Maison-Blanche dans la série 24 heures chrono. Il joue le rôle d'Elliott Randolph, un ancien guerrier asgardien, reconverti professeur d'histoire, dans la série Marvel : Les Agents du SHIELD.
Vie privée
Peter MacNicol réside à Los Angeles avec sa femme, qui dirige le Fonds de bourses Corie Williams, une fondation à but non lucratif qui fournit des bourses pour les enfants du centre-ville de Los Angeles.