پیمان قاسم‌خانی ۳۰ دی ۱۳۴۵ در تهران متولد شد. او که در دانشکده اهواز، آمار انفورماتیک خوانده‌است در سال ۱۳۷۰ به مرکز آموزش فیلمسازی باغ فردوس رفت و اولین دوره فیلمنامه‌نویسی را در این مرکز زیر نظر سیف‌الله داد گذراند.

وی همچنین مدت کوتاهی را در کلاس آموزشی بهرام بیضاییگذارنده است.[۴] از جمله فیلمنامه‌های او: من زمین را دوست دارم،بوی خوش زندگی (بازنویسی)، نان، عشق و موتور هزار (بر اساس کتاب شوهر مدرسه ای اثر جووانی گوارسکی، بدون ذکر در فیلم) است که برای ابوالحسن داوودی و فیلمنامه «هتل» را نیز برای مرضیه برومند نوشته‌است. او برای نوشتن فیلمنامهٔ دختری با کفش‌های کتانی جایزه بهترین فیلمنامه‌نویسی را از خانه سینما دریافت کرد و بعد سناریو و سرپرست نویسندگی سریال پاورچین را به عهده گرفت. فیلم کوتاهی نیز به نام «هزارپا» با بازی بهاره رهنما، مهران مدیری، سروش صحت و پگاه آهنگرانی ساخت. همچنین فیلم‌نامه سریال‌های خانه ما (مسعود کرامتی) و گالری ۹ (غلامرضا رمضانی) را نوشته‌است.

وی برای فیلم‌نامه فیلم مارمولک سیمرغ بلورین بهترین فیلم‌نامه را از جشنواره فیلم فجر دریافت کرده‌است.

پیمان قاسم‌خانی در بیشتر سریال‌های مهران مدیری به عنوان طراح فیلم‌نامه و سرپرست نویسندگان حضور داشته‌است. او در سال ۹۷ پس از ۱۱ سال، در سریال هیولا دوباره با مهران مدیری همکاری کرد.

او و بهاره رهنما، به دلیل مشکلات شخصی در سال ۱۳۹۴ از یکدیگر جدا شدند.

قاسم‌خانی و همسر سابقش (بهاره رهنما) از جمله ۱۴۰ هنرمند ایرانی بودند که با امضاء طوماری در مورخ ۲۲ خرداد ۱۳۹۲، همراه با سایر اصلاح‌طلبان و اعتدالگرایان، ضمن قدردانی انصراف عارف به نفع روحانی، از نامزدی حسن روحانی در انتخابات ریاست جمهوری ۱۳۹۲حمایت علنی کرد.[۵][۶]