Pietari III:n (hallitsi 1762) ja Katariina Suuren (hallitsi 1762-96) poika, ja Paavalin kasvatti oli hänen isänsä täti, keisarinna Elisabet (hallitsi 1741-61). Vuoden 1760 jälkeen häntä opetti Katariinan läheinen neuvonantaja, oppinut diplomaatti Nikita Ivanovitš Panin, mutta pojalle ei koskaan kehittynyt hyviä suhteita äitiinsä, joka riisti keisarillisen kruunun henkisesti heikkokuntoiselta aviomieheltään vuonna 1762 ja kieltäytyi sen jälkeen johdonmukaisesti antamasta Paavalin osallistua aktiivisesti hallituksen asioihin.
Naitettuaan Sophia Dorothea Württembergin (venäjänkielinen nimi Maria Fjodorovna) vuonna 1776 pian sen jälkeen, kun hänen ensimmäinen vaimonsa Wilhelmina Darmstadtin (venäjänkielinen nimi Natalija Aleksejevna) oli kuollut, Katariina asetti Paavalin ja hänen vaimonsa asumaan Gatšinan kartanoon (1783), jossa Paavali, joka oli siirtynyt pois hallintokeskuksesta St. Pietarin keskustasta, piti omaa pientä hoviaan ja keskittyi kartanonsa hoitamiseen, yksityisen armeijakuntansa kouluttamiseen ja hallituksen uudistusten pohtimiseen.
Huolimatta Katariina I:n ilmeisestä aikomuksesta nimetä Paavalin poika Aleksanteri perillisekseen, Paavali tuli hänen seuraajakseen, kun Katariina kuoli (17. marraskuuta 1796), ja kumosi välittömästi Pietari I:n vuonna 1722 antaman asetuksen, jonka mukaan jokaisella hallitsijalla oli ollut oikeus valita seuraajansa, ja sen sijaan Paavali loi vuonna 1797 Romanovin suvun miespuolisen polven sisäisen selvän perimysjärjestyksen. Pyrkiessään vahvistamaan itsevaltiutta Paavali myös kumosi monia Katariinan politiikkoja; hän perusti uudelleen keskitettyjä hallintovirastoja, jotka Katariina oli lakkauttanut vuonna 1775, lisäsi byrokraattista valvontaa paikallishallinnossa ja pyrki rajoittamaan aatelisten valtaa. Samalla hän herätti aatelisten vihamielisyyttä, ja kun hän otti käyttöön ankarat kurinpitotoimet armeijassa ja osoitti selvää mieltymystä gatšina-joukkoihinsa, myös armeija, erityisesti arvovaltaiset kaartijoukot, kääntyivät häntä vastaan.
Luottamus hänen kykyihinsä laski jopa hänen luotettavien kannattajiensa keskuudessa useiden toimien vuoksi. Hän osoitti epäjohdonmukaista politiikkaa talonpoikia kohtaan ja siirtyi nopeasti rauhanomaisesta ulkopolitiikasta (1796) osallistumiseen Napoleonin vastaiseen toiseen koalitioon (1798) ja Britannian vastaiseen politiikkaan (1800). Vuoden 1800 loppuun mennessä hän oli ohjannut Venäjän epäedulliseen asemaan, jossa se oli virallisesti sodassa Ranskan kanssa, epävirallisesti sodassa Ison-Britannian kanssa, vailla diplomaattisuhteita Itävaltaan ja lähettämässä armeijaa Keski-Aasian kartoittamattomien kaanikuntien läpi hyökkäämään Britannian hallitsemaan Intiaan.
Hänen epäjohdonmukaisen politiikkansa sekä tyrannimaisen ja oikullisen tapansa panna se täytäntöön seurauksena joukko korkea-arvoisia siviili- ja sotilasvirkamiehiä, joita johtivat Pietarin kenraalikuvernööri kreivi Peter von Pahlen ja kenraali Leonty Leontjevitš, kreivi von Bennigsen, sai kruununperijä Aleksanterin hyväksynnän isänsä syrjäyttämiselle. Maaliskuun 23. päivänä (11.3.1801) he tunkeutuivat Mihailovskin palatsiin ja murhasivat Paavalin tämän makuuhuoneessa.