Né d’une famille de pieds noirs à Meknès au Maroc, Philippe Perrin est un enfant du Gard et apprend à lire et à écrire à l'Ecole Publique de Saint Paulet de Caisson. Puis, il va au Collège Georges Ville de Pont Saint Esprit. Il poursuit ensuite ses études secondaires au Lycée Gérard Philipe de Bagnols-sur-Cèze.

Après deux ans de classes préparatoires au Lycée du Parc a Lyon, il entre à l'Ecole Polytechnique en 1982. Pendant ses études, il effectue son service militaire dans la Marine. Il navigue 6 mois dans l'Océan Indien et effectue un entraînement de pilotage et de navigation.

En 1985, il obtient son diplôme d'ingénieur et rejoint l'armée de l'air.

Il débute sa carrière comme pilote de chasse en 1985, et en 1986 il est breveté pilote, premier de sa promotion. Il participe à 26 missions de combat pendant la guerre du Golfe, et commande les opérations du prestigieux Escadron de Chasse 1.2 Cigogne, avant de devenir chef pilote  au centre d’essais en vol. Sa carrière militaire qui le mènera au grade de Colonel, l’expose particulièrement aux relations internationales : de ses nombreuses responsabilités, on retiendra la mise en place du premier échange avec les Mig 29 de l’Armée Polonaise et le survol de l’Irak pendant la « No Fly zone » en 1994.

Il obtient sa licence de pilote d’essais en 1993 à l’École du personnel navigant d’essais et de réception (EPNER), sa licence de pilote de ligne en 1996 et son diplôme de pilote de ligne américain en 1999.

Il est titulaire de la médaille d'Outre-Mer (guerre du Golfe en 1991) et de deux médailles de la Défense nationale.

En 1999, il est nommé chevalier de la Légion d'honneur.

Le 1er juin 2018, l'école publique de Saint-Paulet-de-Caisson est dénommée « école Philippe-Perrin » en présence du spationaute.

Sélectionné astronaute par le CNES en 1996, il rejoint le Centre spatial Johnson à Houston.

Dans l'attente de son affectation, il remplit des fonctions techniques au Département « Opérations et systèmes » du Bureau des Astronautes à Houston, ce qui l’amène à travailler sur le programme NASA X-38 (Crew Rescue Vehicle) dans la définition des interfaces de pilotage et contrôle. Il travaille ensuite à la modernisation du poste de pilotage de la navette spatiale.

Il pilote à plusieurs reprises l’Airbus A300 ZERO-G, spécialement conçu pour réaliser des vols paraboliques permettant pendant une vingtaine de secondes d’être en apesanteur.

Il est désigné pour faire partie de la mission STS-111 avec la navette Endeavour du 5 au 19 juin 2002 à bord de la Station spatiale internationale, la mission la plus complexe jamais offerte à un non-américain. Au cours des 332 heures passées dans l’espace, il effectue trois sorties extravéhiculaires d’une durée totale de 19 h et 31 min avec  Franklin Chang-Diaz pour installer sur la station une base mobile utilisée par le bras robotique Canadarm. La mission, qui avait également pour but de renouveler l’équipage de la station spatiale, est un succès. 

Il garde de ses 6 années d’entrainement à Houston une connaissance parfaite de la langue et de la culture américaine.

Il rejoint après son vol dans l’espace en 2002 l’Agence Spatiale Européenne et  participe à la mise au point du véhicule ATV qui, pour la première fois dans l’histoire spatiale européenne, effectue un  rendez-vous automatique. Ce véhicule est aujourd’hui la fierté des toulousains puisqu’il est contrôlé depuis le site du CNES - Toulouse.

Philippe Perrin décide alors de poursuivre son implication dans la construction européenne en rentrant chez Airbus en tant que pilote d’essais. C’est ainsi qu’il participe depuis Toulouse à la mise au point du grand porteur A 380 et du programme militaire A 400M. Il prend également la présidence du syndicat national des personnels navigants de l’aéronautique civile en 2018.

C’est pour défendre en Europe la pérennité d’une excellence industrielle « à la française » et pour la défense de l’environnement qu’il décide de rentrer en politique et rejoint, en 2007, l’UMP où il siège au comité départemental.

Il se présente ensuite en suppléant de Christine de Veyrac pour les élections cantonales en 2011 au nom d'une «écologie pour tous» puis suppléant de Laurence Massat Guiraud-Chaumeil pour les élections législatives de 2012.

Fier de son ancrage toulousain, il est présent en neuvième position sur la liste « Aimer Toulouse » dirigée par le maire sortant Jean-Luc Moudenc lors des élections municipales de 2020 à Toulouse. Il est élu conseiller municipal à la suite du second tour et est ensuite élu vingtième vice-président de Toulouse Métropole chargé du vélo, et a été président de Tisséo Voyageurs (le réseau des transports en commun toulousain).

Déçu par les discours de façade qui masquent l’inaction, en 2024 il quitte la majorité pour rejoindre le groupe des élus écologistes et solidaires de Toulouse.

Au-delà de son engagement politique, Philippe Perrin consacre une partie de son temps à faire partager son expérience à travers de nombreuses conférences, surtout pour la jeunesse. Ambassadeur de la Fondation Antoine de Saint Exupéry pour la Jeunesse, il est également parrain de la Fondation Constance la petite guerrière astronaute pour la lutte contre les cancers et a rejoint en 2021 le comité de soutien de la Garde Médical Aérienne Française.

De son aventure spatiale, Philippe a développé une vraie connaissance de la problématique environnementale et une motivation très pragmatique à mener à bien ce nouveau combat. Il développe ainsi sur Toulouse  l’image d’une démarche environnementale loin des dogmes et toujours empreinte du réalisme de l’ingénieur.

En 2023, il rejoint l'équipe de la start-up Blue Spirit Aero en tant que conseiller scientifique et technique pour le développement des futurs avions à hydrogène.