Питер Мэнсфилд родился в Лондоне 9 октября 1933 года. В 15 лет он ушёл из школы и работал в типографии, а в 18 лет пошёл служить в армию. В армии Мэнсфилд заинтересовался ракетостроением, сдал необходимые экзамены и поступил в Колледж королевы Марии в Лондоне. В 1959 году окончил колледж, в 1962 году сделал диссертацию по разработке ЯМР-спектрометра и получил степень доктора философии. После диссертации два года работал в Университете Иллинойса в Урбана-Шампэйн. После стажировки в США в 1964 году Мэнсфилд принял предложение от Ноттингемского университета, где продолжил работать в области ЯМР-спектрометрии. Является почётным профессором Ноттингемского университета (1994).
Известный ранее метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР), за развитие которого Феликс Блох и Эдвард Перселл получили Нобелевскую премию по физике в 1952 году, использовался до работ Пола Лотербура и Питера Мэнсфилда в основном для исследования молекулярной структуры. Работы Лотербура и Мансфилда позволили использовать метод для получения изображений целого организма.
Мэнсфилд показал как радиосигнал, полученный от прибора, может быть математически обработан и интерпретирован в изображение.
В 2003 году Мэнсфилд вместе с Лотербуром получил Нобелевскую премию в области медицины «за изобретение метода магнитно-резонансной томографии».