П. Морельзе учился живописи в мастерской художника Михаэля ван Меревельда. В 1596 году совершил путешествие в Италию, по возвращении из которого в 1602 году занимается преимущественно портретной живописью — Морельзе пишет портреты представителей аристократических и зажиточных торговых семей Нидерландов, а также своих коллег-художников. Участвовал в организации гильдии Св. Луки (художников) в Утрехте и был её первым председателем. После 1620 года создаёт в основном исторические полотна, а также картины на религиозные и мифологические темы. Кроме живописи занимался также архитектурой (спроектировал Екатерининские ворота в Утрехте) и политикой (был членом Городского совета). Один из основателей Утрехтского университета. Работы П. Мерельзе уже в годы его творчества пользовались большим спросом среди коллекционеров.
Сын художника, Иоганн Морельзе, также был известным художником.