Geyl naît à Dordrecht en 1887 et sort diplômé de l'université de Leyde en 1913. Sa thèse porte sur Christofforo Suriano, ambassadeur vénitien dans les Provinces-Unies entre 1616 et 1623.
Il enseigne l'histoire dans un lycée de Schiedam de 1912 à 1913 avant de devenir le correspondant à Londres du quotidien Nieuwe Rotterdamsche Courant. Il fréquente à Londres de nombreuses personnes d'influence. En 1919, il est nommé professeur d'histoire des Pays-Bas à l'université de Londres où il enseigne jusqu'en 1935, date à laquelle il devient professeur à l'université d'Utrecht.
En 1940, Geyl écrit un article sur le regard des historiens sur Napoléon. Il devait paraître en juin 1940 mais, à la suite de l'invasion allemande des Pays-Bas en mai, les éditeurs décident de reporter la publication de l'article, par crainte des comparaisons qui pourraient être faites entre Napoléon Ier et Adolf Hitler. Geyl se sert de cet article comme base pour une série de cours à Rotterdam. En , Geyl est arrêté par le SD, le service de sécurité de la SS, et emprisonné pendant treize mois au camp de Buchenwald. Il est ensuite interné jusqu'en février 1944 dans une prison néerlandaise jusqu'à sa libération pour des raisons de santé.
En 1945, Geyl devient titulaire de la chaire d'histoire des Pays-Bas à l'université d'Utrecht. Dans son discours d'ouverture, il appelle ses étudiants à désapprouver les mythes politiques et culturels qui pourraient conduire à des mouvements proches du national-socialisme. Il se montre critique à l'égard de la théorie du Sonderweg, selon laquelle l'histoire allemande aurait conduit inévitablement au nazisme. Il défend en particulier l'historien allemande Leopold von Ranke contre l'accusation d'être un « proto-nazi ».
Pieter Geyl est notamment connu pour s'être opposé à l'historien britannique Arnold J. Toynbee, auteur d'une théorie de l'essor et du déclin des civilisations. Geyl accuse Toynbee de sélectionner les exemples et les arguments pour appuyer sa théorie et d'écarter ceux qui iraient dans un sens contraire. Geyl considère sa théorie comme simpliste, ignorant la pleine complexité du passé. Selon lui, la théorie du « défi et réponse » de Toynbee est une définition trop large et attrape-tout pour expliquer les changements historiques. Enfin, il rejetait l'idée de Toynbee selon laquelle le monde occidental serait en déclin.
Pieter Geyl est également connu pour avoir défini l'existence de « Grands Pays-Bas », englobant l'ensemble des territoires européens où le néerlandais est parlé. Selon lui, la séparation des Pays-Bas et de la Flandre au XVIe siècle ne résulte pas de causes « naturelles ». Pour Pieter Geyl, la révolte n'a pas échoué dans le sud à cause de facteurs culturels, politiques et religieux mais à cause de la géographie ; la géographie du Nord, avec ses lacs et ses rivières, favorisait les rebelles tandis que les plaines du Sud favorisaient l'armée espagnole. Sans cette cause géographique, la Flandre aurait fait partie des Provinces-Unies. Cette approche est développée notamment dans De Geschiedenis van de Nederlandse Stam(1930-1959).
En 1957, Pieter Geyl reçoit le prix P.C. Hooft pour l'ensemble de son œuvre.
1913 - Christofforo Suriano, resident van de serenissime republiek van Venetië in Den Haag, 1616 - 1623 (dissertatie)
1920 - Holland and Belgium: their common history and their relations: three lectures given at the University College, Londres, on February 10th, 17th and 24th, 1920
1924 - Nota van SirFrancis Nethersole over de partijstrijd in de Republiek en Engeland's houding daartegenover, 1625 / medegedeeld door Dr. P. Geyl (overdruk uit de Bijdragen en mededeelingen van het Historisch Genootschap)
1924 - A beautiful play of Lancelot of Denmark. How he fell in love with a lady who waited upon his mother / translated from the Middle Dutch by Dr. P. Geyl
1948 - Can we know the pattern of the past?: discussion, concerning Toynbee's book "A study of history" ((Uitgezonden door het Third Programme van de B.B.C., Londres, du 4 janvier au )
1949 - The pattern of the past: can we determine it?
1949 - De Amerikaanse burgeroorlog en het probleem der onvermijdelijkheid
1950 - Tochten en toernooien (essays). Met een essay getiteld Shakespeare als geschiedschrijver
1950 - Democratische tendenties in 1672
1952 - From Ranke to Toynbee: five lectures on historians and historiographical problems
1952 - Drie rapporten over de uitgave van bronnen voor de Nederlandse geschiedenis / Pieter Jan van Winter en Pieter Geyl
1953 - De Witten-oorlog: een pennestrijd in 1757 (on the pamphlets published in connection with Pieter le Clercq's anonymous "Het Karakter van den RaadpensionarisJan de Wit en zijne factie, beschreven door den Graaf d'Estrades, etc.", in the Dutch translation of the second part of the "Ambassades et negotiations")
1954 - Historische appreciaties van het zeventiende-eeuwse Hollandse regentenregiem
1954 - Historicus in de tijd (essays)
1954 - Perspective of Holland and Belgium / Pieter Geyl and Charles James Rolo
1958 - Studies en strijdschriften: bundel, aangeboden aan de schrijver bij zijn afscheid als hoogleraar (essays)
1958 - De vitaliteit van de westerse beschaving. Rede
1958 - Het leven wint altoos. Zes-en-veertig sonnetten. (heruitgave van Het wachtwoort! (Een keuze uit O vrijheid! (1945) met één aanvullende sonnet) uit 1944, nu onder eigen naam)
1958 - Diskussion ohne Ende: Auseinandersetzungen mit Historikern
1966 - Atlas algemene en vaderlandse geschiedenis / B.A. Vermaseren met medewerking van Pieter Geyl
1971 - La révolution batave, 1783-1798 / traduction par J. Godard et P. Geyl (Livres V et VI de De geschiedenis van de Nederlandsche stam)
1976 - Brieven en uitwisselingen van Willem Bentinck, heer van Rhoon, tot aan de dood van Willem IV, 22 oktober1751; hoofdzakelijk naar de bescheiden in het Brits Museum / uitgegeven door Frederik Carel Gerretson en Pieter Geyl - (ISBN90-247-1833-3)
1971 - Pennestrijd over staat en historie: opstellen over de vaderlandse geschiedenis aangevuld met Geyl's levensverhaal (tot 1945) / woord vooraf door J.C. Boogman; redactionele werkzaamheden: Pieter van Hees (essays) - (ISBN90-01-39013-7)
1972 - Bibliografie van Pieter Geyl / samengesteld door Pieter van Hees - (ISBN90-01-39014-5)
1972 - Drei niederländische Geschichtsschreiber (i.c. Pieter Geyl, Johan Huizinga, Jan Romein) des 20. Jahrhunderts : Ideen und Wirkungen / Hans Rudolf Guggisberg
1973 - Geyl en Vlaanderen: uit het archief van Pieter Geyl / door Pieter Geyl; brieven en notities uitgegeven door Pieter van Hees en Arie Wolter Willemsen
1976 - De eierdans van Pieter Geyl: zijn grootnederlandse politiek in de jaren twintig / Louis Vos
1978 - Verzamelde opstellen / van Pieter Geyl; bijeengebracht en ingeleid door Pieter van Hees - (ISBN90-274-5410-8)
1979 - Briefwisseling Gerretson-Geyl / verzorgd en toegelicht door Pieter van Hees en George Puchinger
2000 - Geyl in Zuid-Afrika: verslag van de lezingentournee langs universiteiten in Zuid-Afrika juli-december 1937 door Pieter Geyl / verzorgd en toegelicht door Pieter van Hees en Arie Wolter Willemsen - (ISBN90-74112-20-X)
2000 - Drei niederländische Geschichtsschreiber (i.c. Pieter Geyl, Johan Huizinga, Jan Romein) des 20. Jahrhunderts : Ideen und Wirkungen / Hans Rudolf Guggisberg (heruitgave door de cultuurafdeling van de Nederlandse ambassade te Bonn)
2002 - Mensen, machten, mogelijkheden / Hermann Walther von der Dunk (over o.a. Pieter Geyl, Louis de Jong, Gerhard Ritter, Menno ter Braak) - (ISBN90-351-2400-6)
2004 - Pieter Geyl/ door Wim Berkelaar in: Kritisch Denkers Lexicon (34) 2004, p. 1-20
2005 - Nationalisme en historiografie: rondom Pieter Geyl: afscheidsbundel voor Pieter van Hees / onder redactie van Frans Willem Lantink - (ISBN90-72131-54-1)
2005 - Wil dat niet zeggen dat ik mij poëtisch verwezenlijkt heb?, in: Liter. Christelijk Literair Tijdschrift, jg. 8., n° 36 (), p. 20-34 / door Wim Berkelaar
2005 - Zooveel aandacht en lof. De vriendschap tussen Pieter Geyl en Loe de Jong, in: Hollands Maandblad, nr. 11 (november 2005) p. 3-12 / door Wim Berkelaar
2006 - Ik laat de keus daarom liever aan jou. De vriendschap tussen Loe de Jong en Pieter Geyl, in: Martin Ros, Perry Pierik en Jet van Swieten (red.) Negende Bulletin van de Tweede Wereldoorlog (Soesterberg 2006) p. 144-171 / door Wim Berkelaar
2006 - Als uw vrind verheug ik mij. De ingewikkelde relatie tussen Pieter Geyl en P.J. Blok, in: L.J. Dorsman (red.) Jubileumnummer 120 jaar Tijdschrift voor Geschiedenis 1886-2006, themanummer Leermeesters, 119, n° 4 (2006) 500-505 / door Wim Berkelaar
2006 - Pieter Geyl en de wording van Napoleon. Voor en tegen in de Franse geschiedschrijving, in: Pieter Geyl, Napoleon. Voor en tegen in de Franse geschiedschrijving, Amsterdam University Press 2006, derde druk, p. 5-15 / door Wim Berkelaar
2007 - Pieter Geyl: de Nederlandse tint bij Arthur M. Schlesinger, in: Nederlands Dagblad / door Wim Berkelaar
2007 - Boosheid om een benoeming. Het Utrechtse professoraat van Pieter Geyl in 1935, in: De Republikein. Tijdschrift voor de ware democraat, jg. 3, n° 1 () 54-59 / door Wim Berkelaar
2009 - Ik die zo weinig in mijn verleden leef : autobiografie 1887-1940 / Pieter Geyl ; bezorgd en toegel. door Wim Berkelaar, Leen Dorsman, Pieter van Hees. - Amsterdam : Wereldbibliotheek, cop. 2009. - 483 p. : ill. ; 22 cm