Из дворян Волынской губернии. Образование получил в Киевском Владимирском кадетском корпусе. В службу вступил 1 октября 1885 года.
Окончил Николаевское кавалерийское училище (1887). Выпущен Корнетом гвардии (7 августа 1887 года) в лейб-гвардии Гусарский Его Величества полк (1887—1900). Поручик гвардии (30 августа 1891). Штабс-Ротмистр гвардии (30 августа 1892). Ротмистр гвардии (11 апреля 1897).
Во время китайской кампании 1900—1901 годов состоял в распоряжении командующего войсками Забайкальской области.
Произведён в подполковники (3 августа 1900).
Принял участие в знаменитом кавалерийском рейде генерала Ренненкампфа. Утром 25 августа 1900 года отряд подполковника Павлова выступил в качестве передового отряда к месту слияния рек Нонни и Сунгари. За два дня было пройдено 180 вёрст. Вслед за ним двинулись главные силы отряда Ренненкампфа. 8 сентября авангардный отряд под командованием Павлова в составе 2-й и 3-й сотни 1-го Нерчинского полка и 6-й сотни амурцев с двумя орудиями 2-й Забайкальской батареи, в три дня сделал переход в 300 вёрст, переправившись при слиянии рек Нонни и Сунгари, и занял город Куаченцзы.
10 сентября Ренненкампф с 6-й амурской и 2-й нерчинской сотнями вошёл в Гирин, другие части его отряда отдельными колоннами двинулись на Императорский тракт между Гирином и Мукденом. и 15 сентября собрались в селении Дагушань.
18 сентября Ренненкампф с 1-й нерчинской и 4-й амурской сотнями при одном орудии 2-й Забайкальской казачьей батареи выступил из Дагушана для занятия городов Телина и Мукдена. 23 сентября Павлов вместе с генералом Ренненкампфом вошли в Телин, где простояли до 10 октября. Павлов был назначен начальником гарнизона Телина.
14 октября конная колонна во главе с генералом Ренненкампфом выступила по направлению на Манпашан, во владения князя Хандегю (Хантендю), поддержавшего восстание и объединившего под свои знамена отступившие из Гирина и Хунчуна китайские регулярные войска и отряды восставших. 15 октября 1900 года отряд шёл в походной колонне, но у селения Удядзя внезапно попал под залповый огонь. Передовая 2-я нерчинская сотня смешалась, положение спас подполковник Павлов, выскочивший вперёд и увлёкший за собой казаков, тем временем амурцы справа обошли китайцев и обрушились на них с тыла.
Полковник (25 декабря 1902; за отличие).
Служил в 26-м драгунском Бугском полку (на 1 мая 1903).
Командир 1-го Нерчинского полка Забайкальского казачьего войска (10 мая 1903 — 4 сентября 1907).
Как отмечает генерал П. Н. Врангель,
В начале русско-японской войны 1904—1905 годов, возглавляемый им Нерчинский полк, войдя в состав отдельного отряда, направился в северные районы Кореи и выдержал бой с японцами под Вонсаном.
Командир лейб-гвардии Уланского полка (4 сентября 1907 — 10 марта 1910). Генерал-майор (4 сентября 1907; за отличие). В Свите Его Величества (1909—1914). С 21 июля 1914 года в распоряжении командующего войсками Киевского ВО.
В начале войны выполнял ответственные поручения по руководству различными кавалерийскими формированиями.
Зачислен по Донскому казачьему войску и оставлен по гвардейской кавалерии (24 сентября 1914).
За бой 10 августа 1914 года у села Джуриным (у города Бучач) награждён орденом Святого Георгия 4-й степени (7 октября 1914).
После успешных боев у Городка и Миколаева в Галиции (в составе 8-й армии генерала Брусилова), 24 сентября 1914 года произведён в генерал-лейтенанты и назначен начальником 2-й сводной казачьей дивизии (24 сентября 1914 - 10 сентября 1915), награждён Георгиевским оружием (ВП 28 сентября 1914)
и орденом св. Георгия 4-й степени
С 10 сентября 1915 года в распоряжении Главнокомандующего армиями Северного фронта.
С 17 ноября 1915 года командир 6-го кавалерийского корпуса.
С 25 апреля 1917 года командир Кавказского кавалерийского корпуса (сменил генерала Н. Н. Баратова), командующий экспедиционным корпусом в Персии (25 апреля 1917 — 7 июня 1917).
7 июня 1917 года вновь сдал командование Баратову и был зачислен в распоряжение Верховного Главнокомандующего.
С 20 сентября 1917 года в резерве чинов при штабе Киевского ВО.
В 1918 году проживал в Киеве, однако отказался принять должность в формируемой Украинской армии гетмана Скоропадского, которого хорошо знал по совместной службе в Гвардии. Когда по инициативе генерала П. Н. Краснова началась организация Астраханской армии, формирование которой обеспечивалось германскими оккупационными войсками, Павлову было предложено занять должность командующего.
20 июля 1918 года граф Ф. А. Келлер писал генералу Алексееву:
Генерал А. И. Деникин пишет:
Уже в июле-августе 1918 года двухсотенный Астраханский казачий дивизион участвовал в боевых действиях в составе различных донских соединений. К концу августа 1918 года были сформированы конная (из казаков и калмыков) и пехотная (из офицеров) бригады. В сентябре-октябре 1918 года они использовались командованием Донской армии в боевых действиях в Сальских степях, принимали участие во втором наступлении Донской армии на Царицын.
Когда германские власти отказали в поддержке, 7 сентября 1918 года генерал Павлов был среди тех, кто подписал договор между командованием Астраханской армии и Киевским «Советом монархического блока», обещавшим материальную поддержку. С капитуляцией Германии в первой мировой войне денежный поток от немцев окончательно прекратился. Скоро выяснилось, что киевские монархисты не обладают достаточными материальными средствами для содержания Астраханской армии, поэтому с начала осени она начала испытывать острую нехватку всего, что в итоге поставило вопрос о её дальнейшем существовании. 30 сентября 1918 года киевские монархисты и руководство астраханцев заключили с генералом Красновым договор, по которому Астраханская армия передавалась под командование Донского атамана.
Войсковое правительство было частично реорганизовано в астраханское краевое правительство во главе с Криштафовичем, управляющим Военным и Морским отделом правительства стал генерал Павлов.
В октябре 1918 года части Астраханской армии были разбиты в районе Чапурники - Сарепта (под Царицыным) Стальной дивизией Д. П. Жлобы, неожиданно вышедшей 2 октября в тыл астраханским частям, причём погиб командир отряда генерал Демьянов и попал в плен его штаб. После разгрома Волжского отряда донские войска Северо-Восточного фронта, которыми командовал генерал К. К. Мамонтов, оказались под угрозой окружения и вынуждены были отступить из-под Царицына. Инициатива с краевым правительством, как неуместная в сложившейся ситуации, была свернута.
В октябре-ноябре 1918 года по соглашению между Красновым и астраханским правительством, из находившихся под командованием Павлова остатков астраханских частей, пополненных калмыками и иногородними Донского войска, был сформирован Астраханский корпус (3000-4000 штыков и шашек) Особой Южной армии, влитый в Донскую армию (приказом от 31 октября 1918). Во главе Астраханского корпуса был поставлен донской генерал Чумаков. В начале ноября вновь сформированный Астраханский корпус, выросший до 4 тыс. человек (3 тыс. штыков и 1 тыс. шашек), был введён в бой на правом фланге Донской армии. 30 ноября Чумаков по болезни ушёл с занимаемой должности, и с 1 декабря 1918 года до упразднения корпуса им снова командовал генерал Павлов. Весь период своего существования корпус успешно оборонял границы Донского войска от красных частей в Сальских и Манычских степях, выполняя роль Юго-Восточного фронта Донской армии, и штаб Астраханского корпуса, находившийся в станице Великокняжеской, являлся одновременно штабом Юго-Восточного фронта. В конце декабря 1918 года, по соглашению с генералом А.И. Деникиным, корпус был формально передан в Добровольческую армию, хотя фактически до конца февраля 1919 года продолжал входить в состав Донской армии и участвовать в боях на её правом фланге. 1 марта 1919 года остатки Астраханского корпуса были включены в состав Добровольческой армии, в группу войск генерала Кутепова, действующую в том же районе, и отведены в тыл на отдых и переформирование, а сам Павлов с 21 марта 1919 года был назначен в распоряжение атамана Всевеликого Войска Донского, затем в распоряжении главнокомандующего ВСЮР.
После отстранения Деникиным в декабре 1919 года от командования 4-м Донским корпусом, генерал Мамонтов номинально продолжал оставаться командиром 4-го Донского казачьего корпуса, т.к. в сентябре 1919 года 4-й Донской корпус был уже передан из Добровольческой армии в Донскую армию. 10 января 1920 года Мамонтов выехал в Екатеринодар на заседание Верховного круга Дона, Кубани и Терека, в пути заболевает тифом и 1 февраля 1920 года умирает. На момент отъезда Мамонтова генерал Павлов назначается командиром 4-го Донского казачьего корпуса (январь — февраль 1920). С назначением Павлова командиром 4-го Донского корпуса вернулся на прежнюю должность помощника командира корпуса генерал-лейтенант И.Д. Попов.
15—16 января 1920 года 4-й конный корпус генерала Павлова нанёс сильный удар по 1-й конной армии Буденного под Ростовом и отбросил ее за Дон, захватив 40 орудий.
26 января Деникин отдал директиву о переходе в общее наступление северной группы армий с нанесением главного удара в новочеркасском направлении и захватом с двух сторон Ростово-Новочеркасского плацдарма.
Советское командование, потеряв надежду опрокинуть фронт с северо-востока, перенесло удар еще восточнее, в направлении от Великокняжеской на Тихорецкую. В связи с переброской 1-й Конной армии Буденного на Верхний Маныч и её наступлением в направлении Торговая — Тихорецкая командование Донской армии в феврале 1920 года сформировало ударную конную группу (10-12 тысяч) в составе 4-го Донского корпуса (9-я и 10-я конные казачьи дивизии) и конных частей 2-го Донского корпуса генерала П. И. Коновалова (4-я Донская конная дивизия и 15-я конная бригада), поручив общее командование командиру 4-го Донского корпуса генералу Павлову.
Согласно приказу командующего Донской армии генерала Сидорина, генерал Павлов должен был со своей конной группой выйти на Средний Маныч во фланг и тыл армии Буденного и, совместно с 1-м корпусом, разбить её в районе Торговой.
3 февраля 1920 года генерал Павлов разбил на Маныче конный корпус Думенко, взяв 700 пленных и 65 пулеметов, и двинулся по нижнему Манычу на станцию Торговая.
4-го февраля, двигаясь тремя колоннами, все далее на юго-восток в направлении на Шаблиевку - Торговую, передовые части 4-го Конного корпуса генерала Павлова в долине р. Мокрой Кугульты неожиданно натолкнулись на прорвавшиеся на левый берег Маныча большевистские части — конную дивизию Гая и 1-ю Донскую (Хопёрскую) красную дивизию. Произошел короткий бой. Красные были разбиты на голову. В этот же день 14-я конная Донская бригада в долине р. Юлы наголову разбила 28-ю стрелковую дивизию красных, взяв 300 пленных вместе с начальником дивизии Азиным. Эта дивизия как повествуют сами большевики, «была окружена превосходными конными силами противника, в открытом поле и, несмотря на героический бой частей дивизии, была почти целиком уничтожена в упорном бою. 28-я дивизия вышла из боя в составе лишь 160 штыков и 174 сабель. Погиб почти весь ее командный состав».
Вопреки советам своих подчинённых, настаивавших на движении по правому населённому берегу, генерал Павлов, в соответствии с приказом командующего армией генерала Сидорина, двинулся по левому безлюдному берегу Маныча в направлении станицы Торговой, уже оставленной кубанцами. Углубившись со своей группой (первоначально около 10 000 сабель) в открытую ледяную степь и при наступившем двадцатипятиградусном морозе и сильнейшем ветре потерял почти половину своего состава замёрзшими, обмороженными (обморожение получил, в том числе, и сам Павлов; значительная часть замёрзла насмерть во время перехода прямо в сёдлах), больными и отставшими. В результате атаки конной группы на станицу Торговая в ночь с 5 на 6 февраля были отбиты фланговым ударом красной 1-й конной армии (15 000 сабель) и генерал Павлов был вынужден отвести свою группу в район станицы Егорлыкской.
Главные силы 1-й советской Конной армии и части 10-й, выставив заслон против генерала Павлова, повернули на юго-запад против 1-го Кубанского корпуса генерала Крыжановского, полностью разбив его под Белой Глиной 6 — 9 февраля. 10 февраля Ставка главнокомандующего ВСЮР из Тихорецкой переведена в Екатеринодар. Командование белых, не зная еще об этом разгроме, решило ударить в тыл советской 1-й Конной армии и группе Великанова. 10 февраля части конной группы генерала Павлова из района станицы Егорлыкской перешли в наступление на северный заслон войск Буденного, занимавших Средний Егорлык. 11 февраля, отбросив правофланговый заслон 1-й Конной армии, они овладели станицей Среднеегорлыкская.
12 февраля Павлов, считая, что красные войска двигаются на Тихорецкую, где ранее находилась Ставка, начал перемещение на станицу Белая Глина, чтобы выйти им в тыл. В это время по приказу командующего Кавказским фронтом М. Н. Тухачевского части 1-й Конной армии и группа Великанова начали двигаться на север в целях разгрома группы Павлова в районе станиц Среднеегорлыкская и Егорлыкская. 12 февраля конная группа генерала Павлова, усиленная корпусом с севера, атаковала конницу Буденного у Горькой Балки и после тяжелого боя, потеряв большую часть своей артиллерии, отошла на север.
В результате конная группа генерала Павлова была почти полностью разгромлена. После Егорлыкского сражения, учитывая, что под Белой Глиной такая же участь постигла 1-й Кубанский корпус генерала Крыжановского, казачья конница ВСЮР фактически перестала существовать как угроза для конных армий и корпусов советской армии.
На другой день после боя, 13 февраля, простояв полдня в колоннах у станицы Егорлыкской, вся конная группа, блуждая до вечера в степи, в холод и вьюгу, отошла на ночлег в Кугаевские хутора. При большой скученности, люди мёрзли под открытым небом, пытаясь согреться в скирдах соломы, так как огонь было запрещено разводить. 15 февраля конная группа выступила с места ночлега и к вечеру вошла в соприкосновение с противником у хуторов Иловайских, где в сумерках завязался бой спешенных частей, длившийся до рассвета, переходящий в рукопашные схватки. Командование конной группой к тому времени уже почти совсем потеряло связь с частями.
Неудача правого фланга белого фронта и выход крупной массы конницы противника в тыл предопределили дальнейший ход событий. 16 февраля был оставлен Ростов и начат общий отход белого фронта. 17 февраля генерал Сидорин отвёл войска Северного фронта за реку Кагальник, но части не остановились на этой линии и под давлением противника продолжили отходить дальше, началось безудержное отступление. 18 февраля в районе сел Грязнуха — Средне Егорлыцкой части конной группы Павлова предприняли ряд конных атак, сводившихся к стремлению обоих противников охватить фланги. Из-за отсутствия общего руководства, общей растерянности и неорганизованности бои не дали никакого результата. 19 февраля конная группа Павлова перешла реку Кутасю и начала отход на Кубань к Екатеринодару. Начавшаяся около 20 февраля оттепель превратила черноземную почву в труднопоходимую грязь и болота. 27 февраля, после боя у переправы Бейсуг, конная группа отошла на станицу Березанская, где узнала об отзыве генерала Павлова.
В конце февраля, как пишет генерал Деникин:
Командующему армией генералу Сидорину пришлось лишь санкционировать решение своих подчинённых.
Командование 4-м Донским корпусом было передано 27 февраля 1920 года помощнику командира корпуса Павлова генерал-лейтенанту И. Д. Попову, погибшему через несколько дней во время арьергардных боев 4-го Донского корпуса под Екатеринодаром.
С конца февраля 1920 года Павлов в резерве чинов при Военном управлении. В марте 1920 года генерал-лейтенат Павлов был уволен из армии.
С 13 мая 1920 года генерал для поручений при главнокомандующем ВСЮР.
19 сентября (2 октября) 1920 года был назначен членом Кавалерской думы ордена Святителя Николая Чудотворца, учреждённого генералом П. Н. Врангелем 30 апреля (13 мая) того же года.
После эвакуации на пароходе «Константин» из Крыма эмигрировал в Константинополь, затем в Югославию. Служил в югославской армии. Умер в Земуне в 1935 году. Похоронен на Новом кладбище.
Трагедия конной группы Павлова отражена в картине художника Митрофана Грекова "Замерзшие казаки генерала Павлова".