Народився 17 липня 1979 року, м. Чернівці.
Павло Петренко родом із Чернівців. Він давній соратник колишнього прем’єр-міністра Арсенія Яценюка. Разом із ним та екс-міністром інфраструктури Максимом Бурбаком навчався в одній школі. Також усі троє закінчили юридичний факультет Чернівецького національного університету ім. Ю. Федьковича. У 2001 році саме Яценюк запропонував Петренку переїхати до Києва.
Через три роки отримав диплом про закінчення Української академії зовнішньої торгівлі при Міністерстві економіки України за спеціальністю «Менеджмент зовнішньоекономічної діяльності».
У 35 років отримує вчений ступінь кандидата юридичних наук. 7 жовтня 2015 року був удостоєний почесного звання «Заслужений юрист України».
У столиці Павло Дмитрович спочатку займався приватною юридичною практикою. Згодом став головним юрисконсультом ВАТ «Державний ощадний банк України». На керівних посадах у департаменті правового забезпечення банку пропрацював до 2005 року.
Паралельно Петренко займався бізнесом. Разом із партнерами – Володимиром Гнатишиним і Сергієм Стасюком у Чернівцях заснував юридичну фірму Justicia Service. У Києві з Олександром Агеєвим відкрив юрфірму «Декларант» та адвокатську групу «МЛГруп».
У 2008 році членом Наглядової ради «МЛГруп» призначили сестру Петренка – Оксану. Павло Дмитрович обійняв посаду заступника голови Наглядової ради і відійшов від справ. Собі він залишив лише 49% акцій. Контрольний пакет перейшов невідомій особі.
У цей час Агеєв поділився з Петренком часткою у транспортно-експедиторській компанії «Заммлер Україна». Фірму було зареєстровано за тією ж адресою, що і «МЛГруп».
Адвокатську групу партнери закрили у вересні 2010 року.
2010-2012 – депутат Київської обласної ради. Член Постійної комісії з питань законності, правопорядку та боротьби з корупцією.
На парламентських виборах у грудні 2012 р. займав посаду керівника юридичного департаменту Об'єднаної опозиції «Батьківщина». З 12 грудня 2012 р. — народний депутат України 7-го скликання від партії Всеукраїнське об'єднання «Батьківщина», № 52 в списку. Секретар Комітету Верховної Ради з питань верховенства права та правосуддя.
15 червня 2013, після об'єднання «Фронту Змін» і Всеукраїнського об'єднання «Батьківщина», був обраний одним із заступників лідера «Батьківщини». За час роботи в парламенті став автором та співавтором понад 60-ти законопроєктів, третина з яких були прийняті Верховною Радою. У березні 2014 року склав повноваження народного депутата України, перейшовши на роботу в уряд. З 10 вересня 2014 року — член Політради партії Народний фронт.
27 лютого 2014 року Павла Дмитровича призначили на посаду міністра юстиції в уряді Арсенія Яценюка.
14 квітня 2016 року Павло Петренко знову очолив Мін’юст, уже в уряді Володимира Гройсмана.
Кандидат у народні депутати від партії «Українська Стратегія Гройсмана» на парламентських виборах 2019 року, № 6 у списку.
Наприкінці 2015 року розгорілися два рейдерські скандали.
У листопаді близько 400 невідомих незаконно проникли на територію «Житомирської кондитерської фабрики» з метою захопити будівлю. Зав’язалася бійка. У хід пішли гранати.
Головним замовником і керівником рейдерського захоплення називали депутата Сергія Пашинського. Його діловий партнер Сергій Тищенко нібито вимагав у власника фабрики Ігоря Бойка $10 млн. Коли той відмовився, Мін’юст виключив підприємство з єдиного Державного реєстру та призначив нового директора.
Також ім’я Павла Петренко згадується у справі рейдерського захоплення Української національної лотереї. Генеральний директор УНЛ Андрій Бочковський дізнався, що хтось вніс зміни в Єдиний державний реєстр юридичних і фізичних осіб – підприємців. Новим власником став громадянин Швейцарії Пітер Шетті. Зміни внесли на підставі рішення Корольовського районного суду Житомира.
14 квітня 2016 року Павло Петренко знову очолив Мін’юст, уже в уряді Володимира Гройсмана.
Збагачення племінниціУ червні 2018 року було повідомлено про елітну нерухомість племінниці міністра — вона придбала 2 елітні квартири на Печерську і автомобіль віп-класу Lexus NX200. Вона на час роботи дядька міністром була студенткою, тому не могла сама заробити і придбати таке майно. У той же час в неї немає більше родичів, що могли б дати стільки коштів.
У той же час міністр повідомляв у своїй декларації, що не має житла і володіє лише 11-річним Volkswagen Golf.
Неодружений. Є мати, сестра і племінниця Божена Клічук, також племінниця чернівецького бізнесмена, і мера Чернівців Романа Клічука.
02.09.2019