Родился во Франции. Занял испанский престол в возрасте неполных 17-ти лет по завещанию бездетного испанского короля Карла II, своего двоюродного деда. Это решение вызвало протест коалиции европейских держав, боявшихся гегемонии Франции в мире, и Войну за испанское наследство (1700—1713). По её итогам Филипп удержал испанскую корону и заморские колонии, однако отрёкся от прав на французский престол (что предотвращало слияние двух держав) и лишался ряда владений испанских Габсбургов в Европе.
В 1701 году Филипп V женился на Марии Луизе Савойской (1688—1714). У них родились четыре сына, двое из которых умерли в раннем детстве.
Второй раз он женился 24 декабря 1714 года на Елизавете Фарнезе (1692—1766), в этом браке родились:
С 1700 до 1715 г. Испания всецело находилась под французским влиянием и составляла как бы провинцию Франции. Филипп во всем следовал инструкциям Людовика XIV.
Со вступлением Филиппа во второй брак, с Елизаветой Фарнезе, и с последовавшей год спустя смертью Людовика XIV французское влияние уступило место другим, главным образом итальянскому, проводниками которого были королева и кардинал Альберони (до 1719 г.).
Министры Филиппа главные усилия свои обращали на ограничение влияния церкви и прав духовенства в области суда и государственного управления и на поднятие уровня народного просвещения. Из реформ этого царствования наиболее замечательными были упразднение кастильского закона престолонаследия и введение салического, по которому женщины устранялись от наследования.
Кроме того, правление Филиппа было ознаменовано уничтожением фуэрос Каталонии, после того как в 1714 г. было подавлено восстание каталонцев, поддерживавших права эрцгерцога Карла.
При нём экономика Испании начала в значительной мере восстанавливаться после затяжного кризиса XVII века, что было связано с привлечением в страну иностранных советников (французских и, позже, итальянских), однако войну за французский престол Испания проиграла.
Мысль о возвращении Гибралтара никогда не покидала Филиппа; он надеялся возвратить его при помощи претендента на английский престол Якова III Стюарта. Он также мечтал и о возвращении итальянских провинций, доставшихся Австрии по Утрехтскому договору. В конце концов ему удалось, частью посредством дипломатии, частью при помощи военной силы, добиться того, что Королевство Обеих Сицилий досталось его сыну дон Карлосу.
Он пытался вступить в союз с Россией, после того как между ней и Австрией состоялось соглашение (Венский трактат), направленное против Франции, Англии и Пруссии (Ганноверский союз).
В 1724 году Филипп, страдавший тяжёлым нервным расстройством и «меланхолией», отрёкся в пользу своего старшего сына Луиса I, но юный король умер в том же году от оспы, и отец вновь вернулся на престол, хотя болезнь не оставляла его до конца жизни.
Похоронен по завещанию в дворцовой церкви Ла-Гранха.