「誰とでも友達になれる」と自負しており、小学生の時から喧嘩をしたことはないという。ものまねを始めたのは小学1年生の時で、給食の時に女の子が牛乳を飲むタイミングを見計らってネタを振って吹き出すということに快感を覚えていたという。それ以来クラスで警戒されるようになり、「山口君が給食の時間で笑かすので牛乳が飲めませんでした」などと小学校の卒業文集で書かれたほどだった。また、高校入学の時にも自己紹介で「特技、物真似」と言っており、高校在学中にもレクリエーションの時や時間が空いた時には先生から「はい、物真似!」と言われて、前に出てネタをして場を繋いだということもあった。『新選組!』（NHK大河ドラマ）の劇中、佐藤浩市演じる芹沢鴨がオウムに馬鹿にされるというシーンにおいて、オウムに台詞を覚えさせる調教が撮影に間に合わず、スタッフは急遽、永倉新八役で出演していた山口にオウムの吹き替えを依頼したエピソードがある。山口は見事にオウムを演じ切り、このシーンは無事放送された。四條畷市立くすのき小学校の校歌の作詞・作曲は、母校が統合されたために新校歌を作る必要があり、友人が山口本人に依頼したことで実現した。小学校には直筆の歌詞表が飾られた。2005年、西武ドームで開催された渡辺美里のラストライブ『MISATO V20 スタジアム伝説〜最終章〜 NO SIDE』に大江千里とともに応援に駆けつけ、3人は一気に意気投合していったというエピソードがある。2013年10月19日放送の『ぐっさん家〜THE GOODSUN HOUSE〜』で、ゲストの西田ひかるとなばなの里に出向き、ダリアの新品種を「西田山口の幕明け」と命名。2000年代には、9年間にわたりキリンビールの「のどごし生」のCMにて営業部長役として出演していたが、出演終了後にアサヒビールより「クリアアサヒ糖質ゼロ」のCMオファーを受けることとなった。長年、キリンビールのCMに出演していたことを理由に一度は断ったものの、アサヒビール側の手紙などによる熱心なアプローチに動かされ、2015年より同業他社のCMに登板することとなっている。
ロンドン出身。父オーウェンはブロムリー・テクニカル・ハイ・スクールの美術教師で、フランプトンも同校に進学し、オーウェンの生徒であった先輩デヴィッド・ボウイと親しくなってジャム・セッションに興じていた。1966年、アイドルバンドのザ・ハード（名前の由来は、群集や聴衆）に参加。身長170cmと小柄ではあるものの、繊細な顔立ちの美少年であるが故にティーンエイジャーの人気者となり、1968年には「1968年の顔」ともてはやされるようになる（スコット・ウォーカーがレコーディング・スタジオに訪れたり、彼とは風貌が似ていたこともあって、ヤング・スコットと呼ばれたこともあった）。しかし、アイドル扱いに嫌気がさしたフランプトンは、スモール・フェイセスのスティーヴ・マリオット達と密かにミーティングを重ね、1969年2月にシングル『サンシャイン・コテージ』が発売されるや否やハードを脱退、時機を同じくしてグループを脱退したマリオット達と「ハンブル・パイ」を結成する運びとなる。二枚看板だったはずのハンブル・パイだったが、アルバム毎にブルージーでソウルフルなマリオット色が濃くなり、アコースティックなサウンドに惹かれ始めていたフランプトンは、徐々に居場所を失っていく。1972年に、ハンブル・パイを円満に脱退し、フランプトンズ・キャメルを結成する。その傍ら、ギタリストとしてジョージ・ハリスンやニルソンのアルバムに参加して腕を磨く。1974年から精力的に草の根全米ツアーを始め、地道にファンを増やしていく。1976年、この努力が実を結び、先の全米ツアーを収録した2枚組のライブ・アルバム『フランプトン・カムズ・アライヴ! (Frampton Comes Alive!)』が全米1位、全世界で1,000万枚を売り上げる驚異的な大ヒット作となる。「Show me the way」「君を求めて（Baby, I Love Your Way）」「Do You Feel Like We Do」の3作のシングルの大ヒットもあり、年間通してこのアルバムは莫大なセールスを記録した。この結果、ロック界ではライブ・アルバムがブームとなり、他のミュージシャン達もこぞってリリースした。また、この作品の成功を機に、アメリカではアルバムのビッグセールス時代が始まったといわれる。1977年にも「アイム・イン・ユー」などのヒットを放ち、ビー・ジーズのギブ兄弟らと映画『サージェント・ペパーズ』（Sgt. Pepper's Lonely Hearts Club Band）にも出演した。1978年10月に来日。1970年代は稀に見る大成功を収めるも、若さ故に経済観念が乏しく、業界の大人達に巧妙な手段で操られ、レコード印税やコンサート収益など殆どを搾取され、僅かな身銭のみとなってしまう。1980年代に入ってからはセールスには恵まれなかったものの、コンスタントに作品をリリースし続けていた。1986年には、アルバム『Premonition』からのシングル『Lying』がビルボードのメインストリームロックチャートで最高位4位を記録し、久々のヒットとなる。1987年には、デヴィッド・ボウイのアルバム『ネヴァー・レット・ミー・ダウン』にギタリストとして全面的に参加し、その後のツアー『Glass Spider Tour』にもギタリストとして帯同している。1988年には、中森明菜のアルバム『Femme Fatale』に、ゲスト・ギタリストとして参加。また、これ以外にも、スティーヴィー・ニックスのツアーにもギタリストとして参加している。1990年代には小さなクラブ周りを続ける傍ら、スティーヴ・マリオットと再会し、共同でアルバムを作る計画を立てるが、その最中の1991年にマリオットの事故死（自宅火災による焼死）によって頓挫。アルバム『Peter Frampton』を発表する。1995年、『Frampton Comes Alive II』をリリースすると、人気が復活する。この時期になると彼のギターは円熟味を増し、ギターレジェンドの一人に数えられるようになった。そして2006年には、豪華ゲストを迎えてのインストアルバム『Fingerprints』を発表する。ラリー・カールトンらをおさえて、2007年の第49回グラミー賞で最優秀ポップ・インストゥルメンタル・アルバムに選出される。2010年、4年ぶりのアルバム『Thank You Mr Churchill』を発表。このアルバムには、北朝鮮拉致被害者の横田めぐみに捧げられた曲（「Asleep At The Wheel」と「Suite: Liberte の前半部分 Megumi」）が収められている。2016年、活動50周年を迎え、アルバム『Acoustic Classics』を発表。2019年、自身が封入体筋炎に診断され、同年夏のツアーが最後となる旨を発表した。。