Он был одним из одиннадцати детей в семье. Павел, как и все его четыре брата, закончил Морской кадетский корпус гардемарином, служил в Петербурге, потом в Архангельске, затем вернулся в столицу. В 1822-25 годах на фрегате «Крейсер» совершил кругосветное путешествие.
Первым сражением, в котором отличился П.С. Нахимов, было Наваринское — в 1827 году, во время которого он командовал батареей на линейном корабле «Азов» — флагмане эскадры адмирала Л.П. Гейдена. Тогда у греческих берегов в Наваринской бухте Ионического моря сошлись турецко-египетский флот и объединённая эскадра России, Англии и Франции. Союзники помогали Греции освободиться от османского ига. Турки убили двух посланных на флагманский корабль турецкого паши парламентёров, и началось ожесточённое сражение. Турки бились отчаянно, когда у них заканчивались ядра, они стреляли железом.
Корабль «Азов» был атакован сразу несколькими турецкими кораблями. Лейтенант Нахимов был вызван к командиру судна — адмиралу М.П. Лазареву и получил задание осуществить высадку на берег и артиллерийским огнём поддержать русские корабли с берега. На выполнение задание отряду Нахимова был дан час, но справился он за 40 минут, потому что пушки решили спускать не на канатах, а сразу на плотах, что было отработано ранее батареей на учениях. Манёвр оказался удачным и внёс вклад в общую победу. В Наваринском бою погиб весь турецко-египетский флот. Основной его удар приняла на себя русская эскадра, она провела блестящий бой, ни разу не выстрелив мимо цели. Противник лишился 60 судов и более 8 тысяч человек. Союзники не потеряли ни одного корабля.
За это сражение кораблю «Азов» впервые в истории русского флота был присвоен кормовой Георгиевский флаг. П.С. Нахимов был награждён орденом Святого Георгия IV класса, греческим Орденом Спасения, был произведён в капитан-лейтенанты, а во время Русско-турецкой войны 1828-29 года был назначен командиром корвета «Наварин». Корабль был захвачен у турок и переименован в честь победы. Матросы с самого начала очень уважали своего командира, называя его отцом-благодетелем.
В 1845 году Нахимов был произведён в контр-адмиралы, а в 1852 году стал вице-адмиралом и командующим Пятой флотской дивизией. Главным сражением в жизни Нахимова стало Синопское, в 1853 году — в начале Крымской войны, в которой союзники России по предыдущей войне с турками — англичане и французы — оказались заодно с турками.
Главные силы турецкого флота под командованием вице-адмирала Осман-паши укрылись от шторма в Синопской бухте (300 км от Севастополя). Появились сведения, что турки оттуда планировали атаковать порты Сухум и Поти путём высадки десанта. Было принято решение направить к бухте эскадру Нахимова из трёх 84-пушечных линейных кораблей - «Императрица Мария», «Чесма» и «Ростислав». Позже к ним присоединилась эскадра контр-адмирала М.С. Новосильцева с тремя 120-пушечными кораблями и двумя фрегатам. Нахимов решил заблокировать турецкий флот в бухте и навязать ему там бой, хотя неприятель превышал русские эскадры в количестве кораблей и моряков, а с берега его прикрывали 6 мощных линейных батарей, которые могли встретить наступающих лобовым огнём.
Когда русские корабли приблизились к турецким позициям, по ним был открыт огонь из 44-пушечного фрегата «Аунни-Аллах» и береговых батарей. В результате ожесточённого сражения, длившегося с 12-30 до 16 часов, турецкий флот был уничтожен. Осман-паша, который перед боем говорил, что аллах помутил русским разум и что они затевают авантюрную атаку, попал в плен. Вместе с двумя командирами турецких кораблей. Пароходофрегат «Таиф» спасся бегством и доложил в Стамбул о поражении. Остальные турецкие корабли и береговые батареи были уничтожены. День победы в Синопском сражении (1 декабря) является в России Днём воинской славы.
Погиб П.С. Нахимов тоже героически — на поле боя во время обороны Малахова кургана он был ранен в голову. Скончался адмирал 30 июня (12 июля) 1855 года и был похоронен во Владимирском склепе Севастополя.