Humfrey fue niño corista en la Capilla Real hasta 1664. A la edad de diecisiete años sus anthems vocales estaban, evidentemente, en uso y fue enviado por el Rey para estudiar en París, probablemente en enero de 1665, donde fue fuertemente influenciado por la música de la corte francesa. Probablemente estuvo en contacto con Lully, con quien habría estudiado un tiempo y luego con Carissimi en Italia.

En 1667, se convirtió en Gentleman de la Capilla Real, y en 1672 fue nombrado compositor de la banda real de violines. Poco después sustituyó a Henry Cooke (su suegro) como Maestro de los Niños de la Capilla Real y compositor en la Private Musick. También fue una de las principales figuras de la Corporación de la Música. Probablemente enseñó composición a Henry Purcell.

Puso música a algunos dramas shakespearianos para la semi ópera “La Tempestad” y compuso canciones de tipo religioso y profano, así como numerosos anthems, composiciones equivalentes al motete latino, para grandes coros.

Si bien no fue un prolífico compositor, Humfrey desempeña un papel fundamental en la consolidación de un estilo barroco Inglés. Sus 19 anthems vocales combinan influencias modernas de la música de Lully (especialmente en la escritura para cuerdas), y de la música italiana (en la escritura de la parte vocal), y se distinguen por su poderoso lenguaje expresivo.

Hay una evidente influencia francesa en una de sus dos mascaradas para “The Tempest” (1674), mientras que las otras muestran características italianas. La preocupación por la vestimenta de Pelham Humfrey y su conducta desfavorable se mencionan en el diario de Samuel Pepys. Este escribe: "El pequeño Pelham Humphreys es un absoluto monsieur lleno de forma y confianza y vanidad, y desacredita la habilidad de todo el mundo, excepto la propia".

Murió a la edad de 27 años, pero junto con Matthew Locke ejerció una fuerte influencia sobre sus pares, a pesar de su corta edad, incluyendo a William Turner, Henry Purcell y John Blow. Su temprana muerte se considera una de las mayores tragedias en la historia de la música inglesa; al momento de su muerte ya había producido varias obras de gran agudeza y poder expresivo incluyendo el motete "O Lord my God". Fue el primero en importancia de la nueva generación de compositores ingleses al comienzo de la Restauración.