Русский советский писатель и сценарист, журналист, специальный корреспондент. Лауреат четырёх Сталинских премий первой степени (1941, 1947, 1948, 1950). Известнейший деятель культуры сталинской эпохи, когда многие его произведения считались классикой.
Основатель крымского отделения Союза писателей СССР, преемником которого стал РОО «Союз писателей Республики Крым», родился 29 июня (11 июля) 1899 года в Санкт-Петербурге в семье железнодорожного служащего. В 1917 году окончил реальное училище, затем до 1920 года учился в политехникуме в Баку. В том же году вступил в коммунистическую партию. Служил комиссаром в Красной армии, а после демобилизации несколько лет провел на партийной работе в Азербайджане и Грузии. В 1924 году был делегатом XIII партийного съезда от Закавказья. В это же время начал печататься — сначала в красноармейской газете «Красный воин», затем в газете «Заря Востока».
С 1924 по 1927 год работал в Турции в советском торгпредстве. На материале турецких впечатлений написаны первые рассказы и книга очерков «Стамбул и Турция». В 1930 выходит повесть «Пустыня», написанная по материалам поездки в Туркмению. В 1932 году вышел первый роман П. Павленко «Баррикады», посвященный событиям Парижской Коммуны. В 1932 году Павленко знакомится с А. М. Горьким.
В 1932 году после поездки на Дальний Восток выходит двухтомный роман «На Востоке», который был хорошо принят читателями. В романе прописан возможный сценарий будущей войны «На Востоке» (1936—1937), где Советский Союз побеждает Японию. Причём наступление японцев останавливает выступление Сталина на Партийном съезде в Большом театре.
В 1932—1938 годах П. Павленко редактировал журнал «30 дней», затем горьковский альманах «Год XVII», много работал как журналист.
В 1934 году на I Всесоюзном съезде советских писателей был избран членом Правления ССП, а с 1938 по 1941 год был членом Президиума Союза советских писателей.
В 1938 году был награждён орденом Ленина, а в 1940 г. награждён орденом Красной Звезды за участие в Советско-финской войне.
Во время Великой Отечественной войны - специальный корреспондент газет «Правда» и «Красная звезда». В течение войны написал «Русскую повесть», книгу рассказов «Пути отваги», текст к документальному фильму «Разгром немецких войск под Москвой», сценарий фильма «Клятва». В 1943 году был награждён орденом Красного Знамени.
Депутат Верховного Совета СССР 3 созыва с 1950 года.
Вторая жена — Тренёва, Наталья Константиновна, переводчица, дочь писателя Константина Тренева.
С 1945 года и до конца жизни по состоянию здоровья жил в Крыму, где создал Крымскую писательскую организацию и руководил ею. Организовал издание альманаха «Крым», был его редактором. Был членом редколлегии журнала «Знамя». Помогал начинающим писателям.
Написал роман «Счастье», повесть «Степное солнце», сценарий по роману «На Востоке», сценарии нескольких выдающихся советских кинофильмов («В степи», «Композитор Глинка», «Клятва», «Падение Берлина»), в т.ч. лучшего российского патриотического фильма всех времён «Александр Невский» (сценарий написан вместе с С. Эйзенштейном), песня-кантата из которого «Вставайте, люди русские!» стала одним из символов борьбы с новыми «псами-рыцарями» - немецкими фашистскими захватчиками во время Великой Отечественной войны.
Умер 16 июня 1951 года. Похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище.
В Крыму в настоящее время работает Литературно-мемориальный музей К.А.Тренева - П.А.Павленко в Ялте. Был открыт в конце 1950-х годов и является филиалом Ялтинского историко-литературного музея.