Né le 7 février 1700 à La Neuville-au-Pont, en Champagne, dans une famille modeste.
Épouse en 1729 Charlotte Delisle, fille du géographe Guillaume Delisle, morte sans postérité.
Puis en seconde noce, Élisabeth-Catherine de Miremont en 1745, fille d'un ingénieur des Ponts-et-Chaussée dont il n'aura pas d'enfant.

Remarqué pour son goût pour les mathématiques et les arts, il fait des études d'architecture sous l'égide de l'architecte Robert Pitrou. Il remporte en 1721 le prix de l'Académie royale d'Architecture. Il séjourne ainsi une année à l'Académie de France à Rome.
Il rencontre ensuite Guillaume Delisle qui le fait entrer en qualité de dessinateur, au Dépôt des plans, cartes et journaux de la marine, bureau créé en 1720 par le roi.
À la mort de Guillaume Delisle en 1726, Philippe Buache décide de poursuivre les travaux de son protecteur et reprend également la maison d'édition fondé par Delisle. Après son décès, il doit faire face à un procès intenté par les autres héritiers. Philippe Buache devient premier géographe du roi en 1729.
Adjoint géographe de l'Académie royale des sciences le 10 juin 1730, il est le premier titulaire de la place créée à son attention par Louis XV le 22 mai 1730.
En avril 1745, il obtient le privilège royal d'éditeur de cartes du roi. Il s'intéresse plus particulièrement à la structure du globe terrestre qui aboutit en 1752 à la présentation du système physique de la Terre grâce à la publication de l'Atlas Physique, puis en 1757, à un article paru dans les Mémoires de l'Académie royale des sciences.
Devient précepteur de géographie du duc de Bourgogne (v. 1756), puis de son frère le futur Louis XVI.
Mort à Paris le 24 janvier 1773, son éloge est lu en novembre de la même année à l'Académie royale des sciences, par Grandjean de Fouchy.

· Académie des sciences, Index biographique de l'Académie des sciences 1666-1978, Paris, Gauthier-Villars, 1979.
· Rémy (Frédérique), « Philippe Buache, géographe d'exception ou devin ? », revue électronique SPS, n° 294, janvier 2011.