Peter Vanrolleghem a obtenu une maîtrise en bio-ingénierie en 1987, avec spécialisation en microbiologie, et a obtenu un doctorat en technologies environnementales en 1994, tous deux à l'Université de Gand (Belgique). Son doctorat portait sur la caractérisation, la modélisation et le contrôle des procédés de traitement des eaux usées à boues activées, en particulier le calage des modèles et la planification des expériences. Il est devenu professeur associé à l'Université de Gand en 1997, où il a démarré l'équipe de recherche BIOMATH qui, en 2006, comptait déjà 25 chercheurs travaillant sur les méthodologies de modélisation pour les bioprécédés, surtout dans les systèmes environnementaux.

En 2006, il est devenu titulaire de la Chaire de recherche du Canada en modélisation de la qualité de l'eau et professeur titulaire au département de génie civil et de génie des eaux de l'Université Laval (Québec, Canada). Son équipe de recherche, qu'il a nommée modelEAU, est composée de nombreux professionnels de recherche, postdoctorats, doctorants et étudiants en maitrise. Elle focalise sur la modélisation, particulièrement sur l'eau, à différentes échelles : la station d'épuration, le système intégré réseau d'égouts-traitement-rivière urbaine, et les bassins versants.

Il possède un excellent dossier académique avec plus de 375 publications dans des revues internationales à comité de lecture. Il joue un rôle important au sein de l'IWA en tant que membre du Conseil d'administration, au sein de la Water Environment Federation (WEF) en tant que président du Modelling Expert Group of the Americas (MEGA), et au sein de Réseau Environnement. Il est vice-président de l'Association canadienne de la qualité de l'eau (ACQE) représentant l'Est du Canada.