Родился 26 июня 1925 года в селе Челищево Рослятинского района (сегодня Вологодская область, РФ). После окончания средней школы работал токарем на Синарском трубном заводе. Через год был призван ряды советской армии и направлен на обучение в авиационное училище, которое завершил в 1945-м году.
Один из первопроходцев космоса. В мае 1943 года стал курсантом спецшколы ВВС. Принимал участие в войне с Японией. Летом 1960 года был зачислен в отряд космонавтов. В марте 1965 года совершил полет в космос на космическом корабле «Восход-2». Впервые использовал ручную систему управления кораблем.
Осенью 1966 года побывал в Тюмени. В связи с этим посещением в знак признательности и восхищения тюменцев одним из первых космонавтов решением исполкома Тюменского городского Совета депутатов трудящихся 21 октября 1966 года летчику-космонавту Павлу Беляеву присвоено звание «Почетный гражданин города Тюмени».