В детстве проявлял способности к музыке и математике, посещал курсы высшей математики в Лионе, но в 1942 году поступил в Парижскую консерваторию в класс Оливье Мессиана, затем частным образом изучал серийную и додекафонную технику композиции у Рене Лейбовица, ученика Арнольда Шёнберга. Первые сочинения Булеза, отмеченные влиянием Новой венской школы — Сонатина для флейты, Соната для фортепиано.
В 1948 году по рекомендации Артюра Онеггера получил место дирижёра в театре Мариньи, где руководил постановками современных французских авторов.Мировую известность композитору принесли кантата «Солнце вод» (премьера в Париже под управлением Р.Дезормьера, 1950) и Вторая фортепианная соната (премьера в авторском исполнении, Дармштадт, 1952).
В середине 1950-х годов Булез обратился к написанию статей об эстетике и технике композиции, вёл активную преподавательскую деятельность, не прекращая сочинять. Композитор экспериментировал с электронной, конкретной и микрохроматической музыкой, с 1974 по 1992 был председателем института IRCAM, занимающегося исследованиями в области акустики и современной музыки.