Родился 1 октября 1754 г. в Петербурге. Сын Петра III и Екатерины II. Воспитывался при дворе своей бабки — императрицы Елизаветы Петровны.

Ходили слухи, будто Елизавета рассчитывала передать корону внуку в обход нелюбимого наследника Петра. Она поручила заботу о воспитании мальчика сановнику Н. И. Панину, который сумел дать Павлу хорошее по тому времени образование. Будущий император выучил несколько языков, разбирался в музыке, математике, фортификации, военном и морском деле.

После восшествия на престол Екатерины II он получил официальный титул наследника. Однако переворот и смерть отца наложили на его характер роковой отпечаток. Павел стал скрытен, подозрителен, постоянно опасался покушений на свою жизнь. Во всём старался подражать покойному Петру III, так же, как и он, видел пример для подражания в прусском короле Фридрихе II Великом. Идеалом для Павла являлись прусская военная система и прусское полицейское государство.

Живя с 1783 г. в Гатчине, Павел устроил по прусскому образцу свой двор и небольшую армию. Он был дважды женат: с 1773 г. на принцессе Гессен-Дармштадтской Вильгельмине (в православии Наталья Алексеевна), а после её смерти — на принцессе Вюртембергской Софии Доротее (в православии Мария Фёдоровна). От последней Павел имел четырёх сыновей и шестерых дочерей; но семейная жизнь не смягчила его нрава.

После смерти Екатерины II Павел вступил на престол.

Он с самого начала противопоставил свою политику всему сделанному в долгое 34-летнее царствование матери. Неудивительно, что попытки нового императора реформировать армию и государственный аппарат повлекли противодействие высшей администрации. Его стремление пресечь злоупотребления в армии вылилось в ряд репрессий против генералитета и среднего офицерства. Введение неудобной армейской формы по прусскому образцу вызвало ропот среди военнослужащих. Оскорблённое офицерство в массовом порядке подавало в отставку.

Идея ограничения крепостного права нашла отражение в Указе 1797 г. о введении трёхдневной барщины. Однако реально этот закон не действовал.

Важной чертой внешней политики Павла была борьба с Французской революцией. В России свирепствовала цензура, не разрешалось ввозить иностранные книги, закрывались частные типографии, вышло даже запрещение носить круглые «французские» шляпы. В коалиции с Пруссией и Австрией Россия вела войны против Франции, одержав победы в Италии и Швейцарии благодаря А. В. Суворову, а на Средиземном море — благодаря Ф. Ф. Ушакову. Однако в разгар антифранцузской кампании Павел разорвал отношения с союзниками и сделал ставку на альянс с Наполеоном I.

После провозглашения Бонапарта императором Франции Павел видел в нём единственную силу, способную обуздать революцию. Опрометчиво поступил Павел, присоединившись к экономической блокаде Англии, которую осуществляла Франция. Англия была крупнейшим покупателем русского зерна, чугуна, парусины, полотна и древесины на европейском рынке. Блокада больно ударила и по помещичьему хозяйству, и по крестьянским промыслам. В не меньшей степени подрывал отношения с Англией и готовившийся Павлом поход в Индию.

В ночь с 24 на 25 марта 1801 г. император был убит заговорщиками в своей новой резиденции — Михайловском замке в Петербурге.