Ingénieur général des ponts et des eaux et forêts, Pierre-Alain Roche a commencé sa vie professionnelle en tant qu'ingénieur chercheur au Bureau de recherche géologique et minière (BRGM), avant d'être nommé sous-directeur de l'Aménagement des eaux au ministère de l'Environnement (1983-1990), puis directeur départemental de l'Equipement de Gironde, puis de l'Aube.

Successivement, directeur général de l'Agence de l'eau Seine-Normandie (1998-2004), puis directeur des transports maritimes, routiers et fluviaux au ministère de l'Ecologie, du développement et de l'aménagement durable, depuis septembre 2008, Pierre-Alain Roche est directeur adjoint responsable du pôle aménagement du territoire au Conseil général des Hauts-de-Seine.