Fonda tüdőrákban szenvedett, és az ennek következtében fellépett komplikációk miatt hunyt el. 

A hollywoodi filmvilág egyik ismert családjából származott: édesapja az Egyesült Államokban a filmművészet nagy öregjeként emlegetett néhai Henry Fonda, a nővére Jane Fonda és a leánya a szintén színésznő Bridget Fonda. Peter Fonda karrierje az 1960-as évek ellenkultúrájának mozgalma idején ívelt fel. Legismertebb filmje az 1969-ben bemutatott Szelíd motorosok, amelynek társ-forgatókönyvírója is volt, és amelyet egy másik színészlegenda, Dennis Hopper rendezett. Mintegy száz film alkotója volt: színészként, forgatókönyvíróként, rendezőként. Kétszer jelölték Oscar-díjra: 1970-ben a Szelíd motorosok forgatókönyvírójaként, illetve 1998-ban a legjobb férfi alakításért az Ulee aranya című filmben, ez utóbbiért Golden Globe-díjat kapott. Hollywoodban Rob Reiner, Ava DuVernay, Joseph Gordon-Levitt, Nancy Sinatra, Lawrence O'Donnell, Mia Farrow az elsők között fejezték ki megrendülésüket Peter Fonda halála miatt.

Jane Fonda a Hollywood Reporter című szaklapnak küldött közleményében úgy fogalmazott: „nagyon szomorú vagyok. Ő volt az én melegszívű kis öcsém. A család nagy társalgója. Csodás időket töltöttem kettesben vele ezekben az utolsó napokban. Nevetve ment el”.  Ava DuVernay egy Fondával közös fotót tett közzé a Twitter-fiókján.

Hasonlóképpen Nancy Sinatra is közös fényképpel fejezte ki gyászát. Mia Farrow szintén közös fotót publikált mikroblogján, mellé azt írta: „csodálatos lélek. Békességet neked, Peter!”. Rob Reiner így méltatta: „Peter Fonda forradalmi filmkészítő volt forradalmi időkben. Abban a házban született, ahol én élek most, szellemisége mindig hiányozni fog”. A New York-i Filmakadémia szintén Twitteren tisztelgett az elhunyt alkotó előtt.