Будущий художник родился в Москве, его отец был титулярным советником. Павла готовили к военной карьере. С десяти лет Павел ходил в московский Кадетский корпус, который он блестяще окончил. После этого его отправили в Петербург. Он служил в лейб-гвардии в Финляндском полку. В Петербурге давний интерес Павла к живописи только окреп. Он начал посещать вечерние классы Академии художеств.
Пребывание в Кадетском корпусе, а затем в полку дали художнику богатый материал. Его ранние работы – это в основном портреты его товарищей, сцены казарменной жизни, в некоторых несложных набросках высмеивались неполадки воинского быта. Много времени посвятил Павел изучению работ в Эрмитаже. Однако он говорил, что его главным учителем была жизнь. Любил Павел бывать на площадях, рынках, окраинах Петербурга. Там он изучал характерные черты и обычаи крестьян, ремесленников, торговцев. Он сделал несколько карандашных набросков: «Васильевский остров зимой», «Рынок», позже он выполнил серию рисунков сепией «Нравственно-критические сцены из обыденной жизни». Они были слабыми по технике исполнения, слишком морализаторскими, но были живыми и достоверными.
В 1844 году Федотов оставил военную службу, чтобы серьезно заняться живописью. Он жил на скромное жалование в 100 рублей. Большую часть денег отправлял родным, а остальное уходило на материалы для рисования, оплату скромной квартиры их двух комнат и пропитание. В одной из комнат его квартиры жил денщик Коршунов, а в другой была спальня и мастерская Федотова. Сначала Павел планировал заняться батальной живописью, но когда его сатирические зарисовки попались на глаза баснописцу И. Крылову, он получил от него письмо с просьбой развивать эту сторону дарования. Так Павел сконцентрировался на бытовой живописи. Первая законченная картина Павла называлась «Свежий кавалер» или «Уро чиновника, получившего орден».
В 1849 году Павел представил картины на выставке Академии художеств. Он демонстрировал «Свежего кавалера», «Сватовство майора», «Разборчивую невесту». В них было видно весь талант Павла как народного бытописателя. Его успех был оглушительным. «Сватовство майора» принесло Федотову славу. За эту картину его удостоили звания академика живописи. В 1849 году он еще нарисовал картину «Завтрак аристократа». После выставки в Петербурге, его картины направились в Москву, где публика их приняла с восторгом. Настоящим признанием художника стали слова из письма Брюллова: «Поздравляю Вас, Вы меня обогнали!»
Скоро отношение Павла к живописи изменилось. В его картинах критики начали находить «злобу и сатирические насмешки над изображаемыми лицами». Стало известно, что Федотов проходил по делу петрашевцев. В прессе началась травля художника. Положение усугубилось, когда скончался его отец. Павлу надо было содержать двух сестер, племянников и самому не умереть с голоду. Из-за долгов он продал родительский дом. Даже в столь трудное время художник работал над картинами. Он работал над портретами, среди которых лучшим считается портрет Н.П. Жданович. Затем он перешел к жанровым полотнам. Первыми их них стала картина «Вдовушка», нарисованная в 1852 году. Далее он нарисовал картину «Анкор, еще анкор!» и «Игроки».
Художник продолжает жить в непонимании, нужде, он безрадостно существует, а не живет. Ради живописи он отказался от личного счастья, военной карьеры, благополучия. ОН полюбил одну девушку Юлию, богатую и красивую. Она тоже его любила, но брак не состоялся. Художник был окружен стеной непонимания и враждебного отношения. Он замкнулся в себе. Постепенно он потерял веру в людей, веру в себя, а затем и вовсе потерял рассудок. Последние полгода своей жизни он провел в страшных муках. Болезнь иногда отступала, и Федотов страстно желал увидеть своих друзей. Однако те не приходили. Рядом с ним оставался лишь верный денщик Коршунов. Он умер в 37 лет в больнице для душевнобольных. О его смерти мало кому было известно, а хоронили художника почти тайно.