Fue un compositor, pedagogo y director de orquesta francés cuya influencia en el terreno musical e intelectual contemporáneo ha sido notable.
Inició estudios de matemáticas en el Politécnico de Lyon, antes de ingresar en 1944 en las clases de armonía de Olivier Messiaen en el Conservatorio de París. También estudió contrapunto con Andrée Vaurabourg, esposa del compositor suizo Arthur Honegger, y la técnica dodecafónica con René Leibowitz. Comenzó cultivando una música atonal dentro de un estilo serial post-weberniano influido por Olivier Messiaen. Este serialismo, a diferencia del dodecafonismo, no solo aplicaba el concepto de serie a la altura de las notas, sino también a otras variables del sonido: ritmos, dinámicas, ataques, etc. Esto daría lugar al llamado serialismo integral, corriente estética de la que fue uno de los principales representantes. Junto a compositores como Karlheinz Stockhausen, Luigi Nono, Ernst Krenek, Milton Babbitt o el propio Messiaen, aunque este último nunca se adscribió a ella.
Impartió clases en los cursos de verano de Darmstadt, con los que influyó de forma marcada en la vanguardia musical que surgió después de la II Guerra Mundial.
Se hizo director y compositor en el famoso teatro de Jean-Louis Barrault. Continuando la labor de figuras como Pierre Schaeffer y Edgar Varèse, fue un precursor de la música culta electrónica y la música por computadora. Uno de sus trabajos más relevantes en este campo era Répons, para seis solistas, orquesta y electrónica.
En 1945 se graduó en el conservatorio de París, donde conoció al compositor Oliver Messiaen, quien se convertiría en su principal maestro.
En 1948 comenzó a ejercer como director musical de la compañía Renaud-Barrault en el teatro Marigny.
Desde 1950 experimentó con la música aleatoria y mantuvo una notable correspondencia con John Cage.
Boulez a menudo retoma obras de su repertorio para su revisión: la última de sus tres sonatas para piano, por ejemplo, es una obra «abierta» que ha estado en continua revisión desde su estreno en 1957 —sólo se han publicado dos de sus cinco movimientos—, y ...explosante-fixe..., un concierto para flauta y electrónica, fue primeramente escrito en los setenta y completamente revisado en los noventa.
La madurez del compositor ha sustituido la feroz concentración del Boulez temprano por una música serena, más expansiva y accesible. Obras tardías como sur Incises o Dérive 2 presentan una música elegante y refinada, revestida de las más exquisitas sonoridades, y dotada de una imaginación contrapuntística y un sentido de la fantasía extraordinarios. Su obra, construida con sonoridades densas y líneas melódicas que revolotean entre cambios inesperados de rumbo, es compleja e intrincada, pero evita la retórica grandilocuente.
En 1970, el presidente francés Georges Pompidou invitó a Boulez a crear y dirigir una institución para la exploración y desarrollo de la música moderna, dando lugar al IRCAM (Institut de Recherche et Coordination Acoustique/Musique), del que Boulez fue director hasta 1992. En 2010 todavía tenía una oficina en el IRCAM.
Continuó dirigiendo y componiendo hasta su muerte en enero de 2016.