Son till Peter III (regerade 1762) och Katarina den stora (regerade 1762-96) uppfostrades Paul av sin fars moster, kejsarinnan Elisabet (regerade 1741-61). Efter 1760 undervisades han av Katarinas nära rådgivare, den lärde diplomaten Nikita Ivanovitj Panin, men pojken utvecklade aldrig goda relationer med sin mor, som 1762 ryckte åt sig den kejserliga kronan från sin mentalt svaga make och därefter konsekvent vägrade låta Paul delta aktivt i regeringsärenden.
Han gifte sig med Sophia Dorothea av Württemberg (ryska namnet Maria Fjodorovna) 1776 kort efter att hans första hustru, Wilhelmina av Darmstadt (ryska namnet Nataliya Alekseyevna), hade dött, och Katarina lät Paulus och hans hustru bosätta sig på ett gods i Gatjina (1783), där Paulus, som hade avlägsnat sig från regeringens centrum i St. Petersburg, höll sitt eget lilla hov och ägnade sig åt att förvalta sitt gods, utbilda sin privata armékår och överväga regeringsreformer.
Trots Katarinas uppenbara avsikt att utse Pauls son Alexander till sin arvinge efterträdde Paul henne när hon dog (den 17 november 1796) och upphävde genast det dekret som utfärdats av Peter I den store 1722 och som hade givit varje monark rätt att välja sin efterträdare; i stället upprättade Paul 1797 en bestämd ordning för arvsföljden inom den manliga linjen i familjen Romanov. I ett försök att stärka enväldet vände Paul också om på många av Katarinas politiska åtgärder; han återinförde centraliserade administrativa organ som hon hade avskaffat 1775, ökade den byråkratiska kontrollen i det lokala styret och försökte sätta gränser för adelns auktoritet. I processen provocerade han fram adelns fientlighet, och när han införde hårda disciplinära åtgärder i armén och visade en tydlig preferens för sina Gatchina-trupper vände sig militären, särskilt de prestigefyllda gardesförbanden, också mot honom.
Förtroendet för hans förmåga sjönk även bland hans betrodda anhängare på grund av ett antal handlingar. Han uppvisade en inkonsekvent politik gentemot bönderna och växlade snabbt från en fredlig utrikespolitik (1796) till deltagande i den andra koalitionen mot Napoleon (1798) till en antibrittisk politik (1800). I slutet av 1800 hade han manövrerat Ryssland in i den ofördelaktiga positionen att vara officiellt i krig med Frankrike, inofficiellt i krig med Storbritannien, utan diplomatiska förbindelser med Österrike och på gränsen till att skicka en armé genom de okartlagda khanaten i Centralasien för att invadera det brittisk-kontrollerade Indien.
Som ett resultat av hans inkonsekventa politik, liksom hans tyranniska och nyckfulla sätt att genomföra den, fick en grupp högt uppsatta civila och militära tjänstemän, ledda av greve Peter von Pahlen, generalguvernör i S:t Petersburg, och general Leonty Leontyevich, greve von Bennigsen, Alexanders, tronarvingens godkännande att avsätta sin far. Den 23 mars (11 mars) 1801 trängde de in i Mikhaylovsky-palatset och mördade Paul i hans sängkammare.