Syn Petra III (vládl 1762) a Kateřiny Veliké (vládla 1762-96), Pavel byl vychováván tetou svého otce, carevnou Alžbětou (vládla 1741-61). Po roce 1760 byl vychováván Kateřininým blízkým rádcem, vzdělaným diplomatem Nikitou Ivanovičem Paninem, ale chlapec si nikdy nevybudoval dobré vztahy se svou matkou, která v roce 1762 vyrvala svému duševně slabému manželovi carskou korunu a poté důsledně odmítala Pavlovi umožnit aktivní účast na vládních záležitostech.
Po svatbě se Sofií Dorotou Württemberskou (ruským jménem Marií Fjodorovnou) v roce 1776, krátce po smrti své první manželky Vilhelmíny Darmstadtské (ruským jménem Natalijí Alexejevnou), se Pavel se svou ženou usadil na Kateřinském panství v Gatčině (1783), kde Pavel, vzdálen od centra vlády v Petrohradě, sídlil. Petěrburgu, měl svůj vlastní malý dvůr a věnoval se správě svého majetku, drilu svého soukromého vojenského sboru a úvahám o vládních reformách.
Přes Kateřinin zjevný záměr jmenovat Pavlova syna Alexandra svým dědicem, nastoupil Pavel po její smrti (17. listopadu 1796) a okamžitě zrušil dekret vydaný Petrem I. Velikým v roce 1722, který dával každému panovníkovi právo vybrat si svého nástupce; místo něj zavedl Pavel v roce 1797 definitivní pořadí následnictví v mužské linii rodu Romanovců. Pavel také ve snaze posílit samovládu zvrátil mnoho Kateřininých opatření; obnovil centralizované správní orgány, které zrušila v roce 1775, zvýšil byrokratickou kontrolu v místní samosprávě a snažil se omezit autoritu šlechty. Tím vyvolal nepřátelství šlechty, a když zavedl tvrdá disciplinární opatření v armádě a dal najevo výraznou preferenci svých gačinských oddílů, obrátila se proti němu i armáda, zejména prestižní gardové jednotky.
Důvěra v jeho schopnosti klesla i mezi jeho důvěryhodnými stoupenci kvůli řadě akcí. Projevoval nedůslednou politiku vůči rolnictvu a rychle přešel od mírové zahraniční politiky (1796) přes zapojení do druhé koalice proti Napoleonovi (1798) k protibritské politice (1800). Do konce roku 1800 vmanévroval Rusko do nevýhodné situace, kdy bylo oficiálně ve válce s Francií, neoficiálně ve válce s Velkou Británií, bez diplomatických vztahů s Rakouskem a na pokraji vyslání armády přes nezmapované chanáty ve Střední Asii, aby vtrhla do Brity ovládané Indie.
V důsledku jeho nedůsledné politiky i tyranského a rozmarného způsobu jejího provádění získala skupina vysoce postavených civilních a vojenských úředníků v čele s generálním gubernátorem Petrohradu hrabětem Petrem von Pahlenem a generálem Leontýnem Leontjevičem, hrabětem von Bennigsen, souhlas Alexandra, následníka trůnu, k sesazení jeho otce. Dne 23. března (11. března) 1801 pronikli do Michajlovského paláce a zavraždili Pavla v jeho ložnici
.