Après une maîtrise obtenue à Paris, il devient professeur de philosophie en lycée. Il décide d'enseigner à l'école primaire et passe le CAP d'instituteur, puis enseigne le français en collège privé sous contrat dans le septième arrondissement de Lyon. Il passe une thèse d'État en 1983 en sciences humaines. Cette thèse rend compte d' expérimentations en différentes matières; les enseignants d'anglais ne semblent pas s'être prêtés à ses expérimentations dans le collège privé lyonnais lui ayant servi de laboratoire. Philippe Meirieu devient professeur en sciences de l'éducation à l'Université Lumière-Lyon 2.
De 1990 à novembre 1993, il a été membre du Conseil national des programmes. En parallèle, il crée en 1991 la collection Pédagogies chez ESF éditeur. Encore aujourd'hui, il est le directeur et l'un des principaux auteurs de cette collection.
À la rentrée 1993-94, Philippe Meirieu a repris, à côté de ses activités universitaires, un enseignement de français dans un lycée professionnel de Vénissieux. De 1994 à 1998, il est directeur de l'Institut des sciences et pratiques d'éducation et de formation (ISPEF) de l'université Lumière-Lyon 2. De 1998 à 2000, il est directeur de l'INRP, dont il démissionne estimant que « la poursuite de la rénovation pédagogique est gravement compromise ».
Il devient directeur de l'Institut universitaire de formation des maîtres (IUFM) de l'Académie de Lyon jusqu'en 2006. Il renonce à postuler à un nouveau mandat. Il ne souhaitait pas, en effet, être nommé par le ministre de l'Éducation nationale, Gilles de Robien, se sentant trop en désaccord avec les décisions prises, ces dernières années, dans le domaine éducatif, pour assumer ces responsabilités. Il enseigne à nouveau à l'ISPEF de l'université Lumière-Lyon 2.
En 2006, il est parrain du projet culturel et éducatif « Cité des savoirs du XXI siècle » pour l'île Seguin avec d'autres personnalités telles que Régis Debray, Albert Jacquard ou Axel Kahn. Il est membre du comité de parrainage de la Coordination française pour la Décennie de la culture de paix et de non-violence et du conseil scientifique de l'ADEME (Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Énergie).
Depuis septembre 2006, il est responsable de la chaîne de télévision éducative Cap Canal. Dans ce cadre, il s'occupe, entre autres, du magazine Cap Infos qui traite de toutes les questions pédagogiques liées à l'école et à la formation des professeurs.