Ο Παντελής Βούλγαρης γεννήθηκε στην Αθήνα το 1940. Κατάγεται από τη Νάξο και τη Σάμο. Μετά από την αποτυχημένη προσπάθεια να ακολουθήσει σπουδές στη Νομική και τη Φιλοσοφική, το 1960 γράφτηκε στη Σχολή Σταυράκου για να σπουδάσει κινηματογράφο με δασκάλους τους Ροβήρο Μανθούλη, Γρηγόρη Γρηγορίου, Ντίνο Δημόπουλο, τον θεωρητικό Γιάννη Μπακογιαννόπουλο, και με συμμαθητές τον Θόδωρο Αγγελόπουλο, τον Κώστα Φέρρη, την Τώνια Μαρκετάκη και τον Δήμο Θέο, την ομάδα κινηματογραφιστών που αποτέλεσαν αργότερα το «νέο αίμα» του ελληνικού κινηματογράφου. Από το 1961 εργάστηκε σε ταινίες της Φίνος Φιλμ περνώντας από όλα τα πόστα στην ιεραρχία. Το 1965 παρουσίασε την πρώτη του ταινία μικρού μήκους, τον «Κλέφτη», και την επόμενη χρονιά την επίσης μικρού μήκους «Τζίμης ο Τίγρης». Το 1971 γύρισε το ντοκιμαντέρ «Ο χορός των τράγων» και την ίδια χρονιά μοντάρισε στο Παρίσι την αντιδικτατορική ταινία «Ce n'est qu' un début...». Το 1972 ολοκλήρωσε την ταινία μεγάλου μήκους «Το προξενιό της Άννας», που σημείωσε μεγάλη επιτυχία τόσο στο Φεστιβάλ Θεσσαλονίκης όσο και στο εξωτερικό. Το 1974 εξορίστηκε από τη χούντα στη Γυάρο. Το 1975 σκηνοθέτησε το πρώτο τηλεοπτικό του ντοκιμαντέρ με τίτλο «Οι ψάλτες», ενώ το 1976 συμμετείχε στο Φεστιβάλ Θεσσαλονίκης με την ταινία «Happy Day», με αφορμή την εμπειρία της εξορίας. Ακολούθησαν ταινίες που γνώρισαν και εμπορική επιτυχία και τον καταξίωσαν καλλιτεχνικά, αποσπώντας τιμητικές διακρίσεις και βραβεύσεις.

Η ταραγμένη περίοδος, στην οποία γεννήθηκε και έζησε τα πρώτα χρόνια της ζωής του, τον σημάδεψε και όπως είχε δηλώσει: «Ο διχασμός (του εμφυλίου) δεν επουλώθηκε ουσιαστικά ποτέ. Προσπάθησα να κατανοήσω το πρόβλημα απ' όλες τις πλευρές. Γι' αυτό και η κινηματογραφική μου «εμμονή» με τον Εμφύλιο».

Σενάρια των ταινιών του έχουν εκδοθεί από σημαντικούς εκδοτικούς οίκους και έχει την ευθύνη της σειράς ιστορικών βιβλίων Βήμα Μαρτυρίες. Ο Εμφύλιος σε Α' Ενικό με θέμα τον Εμφύλιο Πόλεμο.

Σύζυγός του είναι η συγγραφέας Ιωάννα Καρυστιάνη, λογοτεχνικά έργα της οποίας έχει μεταφέρει στη μεγάλη οθόνη.

Από το 2015 είναι καλλιτεχνικός διευθυντής του Διεθνούς Φεστιβάλ Άνδρου.