ll passe sa petite enfance au Maroc et en Algérie1, où son père est militaire et où ses parents vivent les quatre dernières années de la Guerre d'Algérie.
Après une maîtrise de lettres obtenue à l'université d'Aix-Marseille à Aix-en-Provence, il débute au cinéma comme régisseur stagiaire, entre autres sur Mauvais sang de Leos Carax, Un médecin des Lumières de René Allio, Trois places pour le 26 de Jacques Demy.
Ses six premiers films (jusqu'à Samia) sont produits par Humbert Balsan, qu'il rencontre sur le tournage d'Un médecin des Lumières de René Allio. Après la disparition d'Humbert Balsan en février 2005, Philippe Faucon crée, avec Yasmina Nini-Faucon, la société de production Istiqlal Films. Entre-temps, il a tourné en Algérie son film La Trahison, inspiré du récit de Claude Sales, racontant un épisode vécu par ce dernier pendant la Guerre d'Algérie. Le film La Trahison, terminé en 2005, année de la disparition d'Humbert Balsan, est dédié "à Gauvin", le personnage que joue Balsan dans Lancelot du Lac, de Robert Bresson (1974).
Le film de Philippe Faucon La Désintégration, sorti en février 2012, environ un mois avant que n'éclate l'affaire Merah, a été perçu ultérieurement comme prémonitoire des phénomènes de radicalisation djihadiste et de la série d'attentats qu'a connus la France, de l'affaire Merah aux attaques de 2015 et 2016.
Philippe Faucon remporte le Prix Louis-Delluc en décembre 2015, le Prix du Syndicat Français de la Critique de Cinéma en février 2016, le César de la meilleure adaptation et celui du meilleur film en février 2016 pour son film Fatima. Par ailleurs, Zita Hanrot reçoit le César du meilleur espoir féminin pour son rôle dans le même film.