Diplômé de l'Ecole centrale Paris, Philippe Malbranche a entamé sa carrière en 1980 dans le Pacifique Sud sur des projets d'électrification à partir d'énergies renouvelables. Il rejoint ensuite le ministère français de l'Energie comme conseiller politique de l'énergie renouvelable.
Après un passage chez le fabricant de panneaux solaires photovoltaïques, Photowatt, Philippe Malbranche intègre le CEA-Genec, laboratoire de recherche axé sur le stockage et les systèmes photovoltaïques, à la direction des recherches technologiques jusqu'en 2004. Il participe ensuite à la création de l'Ines, où il était dernièrement directeur de programme de recherche.