Parallèlement à sa nouvelle activité au Théâtre de l’Atelier, avec son ami Jean-Pierre Darras, il se lança avec succès dans un duo comique qui fit les beaux jours des cabarets incontournables de l’époque en égratignant les politiques du moment.
Mais, de plus en plus sollicité par le cinéma, il abandonna le théâtre pour embrasser une nouvelle carrière. Fortement marqué par une première véritable expérience avec Agnès Varda (La pointe courte en 1956), sa formidable composition dans Zazie dans le métro (1960) de Louis Malle passa inaperçue. Malgré une série de films sympathiques, il lui fallut attendre les années 1970 pour atteindre la consécration et se ranger parmi les grandes vedettes notamment avec Le vieux fusil (1975), pour lequel il reçut le César du meilleur acteur, et l’admirable film de Tavernier -dont il devint l'un des acteurs fétiches- Le juge et l’assassin (1976) où il crevait l’écran.
Aimant passer d’un univers à un autre, sa filmographie impressionnante peut paraître hétérogène, mais sa voix, son allure faussement débonnaire, qu’il soit clochard ou colonel, la finesse de son jeu en firent l’un de nos meilleurs comédiens dans la lignée de la génération d’avant 1940.
Ses personnages charmants face à la gente féminine lui valurent d'être le premier homme à faire la couverture du magazine féminin Elle en 1978.
Devenue un figure incontournable du cinéma français, tournant avec des réalisateurs reconnus, collectionnant les succès populaires et engrangeant de nombreuses distinctions, il obtint un nouveau César du meilleur acteur en 1990 pour La vie et rien d’autre de Bertrand Tavernier.
Moins sollicité dans les années 2000, il retourna sur les planches avant un ultime succès sur grand écran avec Père et Fils (2003) de Michel Boujenah.
Durant toute sa longue carrière, il fut soutenu par sa femme, la comédienne Monique Chaumette.
Lorsqu’il mourut des suites d’un cancer généralisé, son grand ami Jean Rochefort résuma le sentiment de tout un public : « Un grand seigneur nous a quitté. »
Après ses obsèques célébrées en la Basilique Sainte-Clotilde (Paris) en présence de nombreux cinéastes et comédiens, Philippe Noiret fut inhumé au cimetière du Montparnasse où l’élégante sobriété de sa tombe n'est pas sans rappeler l'image de son résident.