Paul Virilio nasceu em Paris em 1932, filho de um comunista italiano e uma católica britânica. Ele cresceu na região costeira da Bretanha, próximo geográfica e culturalmente da França.

A Segunda Guerra Mundial bombardeou fortemente sua cidade e essa experiência traumática de infância iria influenciar suas investigações futuras sobre as guerras. "A guerra foi sua primeira universidade", como ele mesmo diz. 

Recebeu sua primeira formação artística na Escola dos Mestres de Arte, onde Virilio especializou-se em trabakhis voltados aos vitrais. Diversas igrejas de Paris foram estudadas e decoradas por ele e seus mestres nesse período.

Em 1950, ele se converteu ao cristianismo, pois até então, não professava nenhuma fé. Depois foi recrutado para o exército francês para lutar durante a guerra de independência da Argélia. após isso,  Virilio estudou fenomenologia com Maurice Merleau-Ponty na Sorbonne.

Em 1958, ele realizou uma pesquisa fenomenológica sobre o espaço militar, tendo como ponto de partida a organização do território ocupado. Sua fonte de pesquisa foi sobre a "Muralha do Atlântico", a conhecida barreira de 15.000 bunkers nazistas construídos durante a Segunda Guerra Mundial ao longo da costa de França e destinadas a repelir qualquer ataque marítimo dos Aliados. A partir desta pesquisa que seu interesse sobre territorialidade começa a evidenciar-se.

Em 1963 ele começou a colaborar com o arquiteto Claude Parent e formaram o "Grupo Príncipe de Arquitetura", entre os que participaram como estagiários deste grupo, destaca-se o renomadíssimo arquiteto Jean Nouvel. Virilio e Parent desenvolveram conjuntamente o conceito revolucionário da "Arquitetura Obliqua", com o objetivo de conferir movimento e ergonomia às obras. Com este conceito eles criaram a igreja de Santa Bernadete em 1966.

Depois de participar dos levantes populares no maio 1968 em Paris, Virilio foi nomeado Professor pelos alunos da Ecole Speciale d 'Architecture, embora ele nunca tenha se graduado em arquitetura, suas pesquisas nesta fase da vida profissional já o credenciavam como um grande pesquisador do urbanismo

Em 1973 ele se tornou Diretor de Estudos desta faculdade. No mesmo ano diretor da revista "L'Espace Crítica". Em 1975, ele co-organizou a exposição intitulada  "Bunker Archeologie". Esta exposição ocorreu no Museu de Artes Decorativas de Paris e tratava-se de uma preciosa coleção de textos e imagens relativas à Muralha do Atlântico, objeto de sua pesquisa anos antes. O material de Virilio sobre a ocupação territorial da Muralha do Atlântico serviu de base para as pesquisas e documentários realizados posteriormente sobre essa enorme cortina de defesa nazista.

Em 1987, ele venceu o Grande Prêmio Nacional de Arquitetura Crítica. Em 1989, ele se tornou o diretor do programa de estudos no Colégio Internacional de Filosofia de Paris, sob a direção do filósofo Jacques Derrida. Em seguida, em 1992, ele se tornou um membro do Alto Comitê para a Habitação da População Desfavorecida.

Entre outros projetos, ele está atualmente (2016) trabalhando em técnicas metropolitanas de organização do tempo e na implantação do edifício do Primeiro Museu do Acidente.

Em 1998, Paul Virilio se aposentou como professor. Atualmente ele dedica boa parte de seu tempo a escrever ensaios e encabeça um projeto social em Paris que fornece alojamento para pessoas desabrigadas através de organizações privadas.

Virilio colabora escrevendo seus artigos sobre urbanismo e crítica de arte em vários jornais como o Libération (França), El País (Espanha), Die Tageszeitung(Alemanha), The New Statesman (Inglaterra), Artforum (USA), Illustrazione Italiana (Itália), Gaya Scienza (Japão). É membro fundador do Centro Interdisciplinar de Pesquisa da Paz e Estudos Estratégicos na Fundação Casa das Ciências do Homem.

As últimas obras de Paul Virilio foco em questões tecnocientíficas sobre a relação entre seres humanos e a tecnologia. é o caso de sua clássica obra "A Arte do Motor" (1996), onde Paul Virilio afirma que as inovações tecnológicas transformam, modificam, alteram o espaço geográfico em todas as escalas (local, nacional e global).

Seu livro Inércia Polar (2000) explora as formas em que o espaço real foi suplantado pelo tempo real, devido aos avanços da tecnologia de transmissão de fibra ótica. A velocidade da luz tem sido realizada como uma realidade tecnológica na era pós-industrial, superando assim distâncias espaciais e reduzindo a percepção humana a uma espécie de inércia polar.