Philippe Madec se forme à l'architecture au Grand Palais à Paris, dans l'atelier Ciriani/Maroti, jusqu'en 1979. Puis il voyage et vit à l'étranger pendant près d'une décennie. Durant cette période, il enseigne en Europe et en Amérique du Nord et construit une recherche mêlant pédagogie et théorie architecturale. Il publie également son premier livre, consacré à Étienne-Louis Boullée. 

Entre 1983 et 1984, sa rencontre avec Kenneth Frampton conforte son engagement personnel. Il développe alors pleinement sa vision éco-responsable de l'aménagement du territoire, avant de monter son atelier en 1989. 

Pour Philippe Madec, les constructions humaines ne s'envisagent pas comme des frontières, mais plutôt comme des espaces de lien avec le Vivant. Il milite ainsi pour l'adoption d'une "architecture vernaculaire", cohérente et respectueuse vis-à-vis des héritages écologiques et culturels de chaque lieu. Du logement social jusqu'aux équipements culturels, il conçoit des bâtiments à la fois bioclimatiques et éco-construits. Son activité d'urbaniste le mène également à travailler à des échelles très variées, depuis le bourg jusqu'aux villes écologiques.

En 2018, il co-écrit le manifeste pour une frugalité heureuse et créative, avec Alain Bornarel et Dominique Gauzin-Müller. Le texte invite les professionnels du bâtiment à adopter une pratique architecturale alternative, responsable et réactive face aux enjeux environnementaux actuels.

Avec ses deux ateliers situés à Paris et à Rennes, Philippe Madec crée un grand nombre de projets d'envergure, en France comme à l'étranger (Maroc, Nouvelle Calédonie). Son positionnement singulier et ses travaux ont été maintes fois récompensés pour leur intelligence écologique. 

Son travail inclut aussi l'écriture et l'enseignement. Il intervient comme directeur de recherche dans de nombreuses académies Françaises et étrangères (Hongrie, Île de la Réunion) et enseigne "L'invention du territoire Durable" à l'ENSA de Rennes depuis 2010. 

Il participe également à la politique générale de l'architecture et de l'urbanisme en France. Entre autres, il intervient en expert pour le Grenelle de l'Environnement, fait partie des membres du Conseil National des Villes et Territoires d'Art et d'Histoire. En 2019, il est le président du comité de sélection qui a retenu le projet « Les communautés à l’œuvre », porté par Christophe Hutin pour le Pavillon Français de la Biennale Internationale d’Architecture de Venise 2021.