Fu membro di una famiglia di fonditori di ottone e di costruttori di strumenti scientifici. Studiò nell'Università di Leida dove, nel 1715, si addottorò in medicina. Conseguì poi un dottorato in filosofia e si occupò di matematica. Fu dapprima professore a Duisburg, poi a Utrecht e infine a Leida, dove insegnò filosofia sperimentale succedendo a Willem Jacob 's Gravesande (1688-1742). Scrisse diversi trattati di fisica newtoniana, che divennero assai popolari e che si caratterizzarono per il sistematico ricorso ad apparati sperimentali. La sua fama attirò in Olanda numerosi studiosi tra i quali l'abate Jean-Antoine Nollet (1700-1770). Jan van Musschenbroek (1684-1748), fratello di Petrus, fu l'artefice di molti degli strumenti illustrati nei testi di 's Gravesande.