Ancien élève de l’École normale supérieure de la rue d’Ulm (promotion 1980), il effectue une thèse expérimentale et théorique (1982-1984) à l’Institut de physique nucléaire d’Orsay intitulée Structures excitées par ions lourds dans une cible de 208Pb.

Il entre en 1984 au CNRS comme chargé de recherche en physique théorique.

Depuis 1991, il est ingénieur-chercheur au Commissariat à l’énergie atomique. De 1991 à 2008, il travaille au Grand accélérateur national d’ions lourds (GANIL), à Caen. De 1994 à 1996, il occupe le poste de président de la division de Physique Nucléaire à la Société française de physique.

En 2004, il est nommé directeur de recherche au CEA.

En 2005, il est le premier président du comité scientifique pour la physique à la création de l’Agence nationale de la recherche. Il occupera ce poste 3 ans.

2005 – 2008 : Il rejoint l’équipe de direction du GANIL jusqu’en 2008 pour prendre la direction de l’IRFU, l’Institut de Recherche sur les lois Fondamentales de l’Univers au CEA – Saclay. Il en prend la direction en 2008 jusqu’en 2016. Il est ensuite nommé directeur scientifique exécutif à la direction de la recherche fondamentale du CEA, et décide de regrouper toute la recherche fondamentale du CEA en une seule direction.

En 2018, il collabore avec le groupe d’études de Paris Ile de France Capitale Economique sur le Grand Paris et les grands équipements scientifiques et techniques.

En parallèle de cette carrière scientifique, Philippe Chomaz s’engage dans la vulgarisation de la connaissance scientifique. Il organise des Ted Talks, instaure les bars des sciences (ce qui lui vaut en 2001 le prix Jean-Perrin de la société française de Physique), écrit un roman scientifique Des séquoias dans les étoiles et crée Relais d’sciences, le Centre de Culture Scientifique et Technique de Basse Normandie.