Родился 30 августа 1788 г. в Москве, был единственным сыном генерал-прокурора, министра юстиции, председателя Государственного совета и Комитета министров светлейшего князя П. В. Лопухина от второго брака со статс-дамой Екатериной Николаевной урождённой Щетневой.
10 сентября 1793 года, на пятом году от рождения, по обычаю того времени, был зачислен портупей-прапорщиком в лейб-гвардии Преображенский полк. В царствование императора Павла он был произведён в прапорщики 17 декабря 1798 года пожалован во флигель-адъютанты и сохранил это звание при исключении из полка с чином поручика (11 марта 1800 года). Также в 1798 году он получил орден св. Иоанна Иерусалимского.
При вступлении на престол императора Александра І тринадцатилетний князь Лопухин был переименован в действительные камергеры и возвратился к родителям для окончания своего воспитания.
Настоящую свою служебную карьеру он начал шестнадцати лет, 30 октября 1806 года, поступив поручиком в Кавалергардский полк. Лопухин принимал участие в сражениях с французами под Гейльсбергом и под Фридландом, а в 1809 г. вступил в отправление должности по званию флигель-адъютанта; в октябре 1809 г. получил чин штабс-ротмистра, в марте 1812 г. — ротмистра.
Во все продолжение Отечественной войны 1812 г. он состоял при начальнике главного штаба армии А. П. Ермолове и без его участия не обошлось почти ни одного сражения. Витебск, Смоленск, Заболотье, Бородино, Тарутино, Малый Ярославец, Вязьма и Красный были свидетелями отваги, храбрости и разумной распорядительности князя. Некоторое время он командовал казачьим Дячкина полком.
В Заграничном походе 1813 г. Лопухин состоял при особе императора Александра I, затем он был в корпусе барона Винценгероде; участвовал в битве под Гросс-Береном, при Денневице и под Лейпцигом. С двумя казачьими полками он занял большую часть Вестфальского королевства и очистил Ольденбургское герцогство и Ост- и Вест-Фриз от занимавших их неприятельских отрядов. В кампанию 1814 года князь постоянно находился в авангарде генерал-адъютанта А. И. Чернышёва, причем отличился в сражении под Люттихом и обратил на себя внимание своим бесстрашием и распорядительностью при Суассоне, Лаоне, Реймсе и при взятии Парижа. 6 февраля 1814 года он был удостоен ордена св. Георгия 4-й степени (№ 2819 по списку Григоровича—Степанова)
В 1815 г., начальствуя сперва казачьим отрядом, а потом двумя казачьими полками, князь Лопухин прикрывал главную квартиру под Ландау, Страсбургом и Пфальсбергом.
Среди прочих наград, им полученных за отличие в сражениях с Наполеоном, были ордена св. Владимира 3-й степени и св. Анны 2-й степени, а также золотая шпага с надписью «За храбрость» (за сражение под Лейпцигом).
6 октября 1817 г. он был произведён в генерал-майоры и назначен командиром 2-й бригады 1-й уланской дивизии, 2 августа 1822 г. — командиром 1-й бригады той же дивизии.
Лопухин был масоном и состоял великим мастером ложи «Трёх добродетелей»; также являлся членом тайных декабристских организаций «Союза спасения», «Союза благоденствия» и «Северного общества». В декабре 1825 года, после событий на Сенатской площади, был допрошен генерал-адъютантом В. В. Левашёвым и затем отдельным повелением императора Николая I освобождён без последствий.
17 мая 1827 г. Лопухин был назначен командиром 2-й конно-егерской дивизии и 1 декабря 1830 г. — 1-й гусарской. Лопухин многократно был удостоен монаршего благоволения и получил бриллиантовый перстень с вензелем императора Николая I и орден св. Анны 1-й степени с императорской короной; 25 июня 1829 г. был произведён в генерал-лейтенанты.
Наступившая Польская кампания 1831 г. пополнила послужной список князя многими блестящими страницами. 7 февраля он командовал авангардом 1-го пехотного корпуса в генеральном сражении при корчме Вавр, 13 февраля в сражениях на Гроховских полях командовал всей кавалерией 1-го пехотного корпуса, 14 мая участвовал в сражении под Остроленкой, затем, находясь постоянно в авангарде, после переправы на левый берег Вислы, принимал участие в генеральном сражении, взятии приступом передовых укреплений и при покорении Варшавы (25—27 августа). Орден св. Владимира 2-й степени был наградой князю за эти подвиги. Кроме того, 18 октября 1831 года, Лопухин был награждён орденом св. Георгия 3-й степени (№ 442)
Кроме медалей за кампании, в которых участвовал князь, он был кавалером иностранных орденов: австрийского — Леопольда, прусского — «Pour le merite», французского — св. Людовика и шведского — Меча. 23 октября 1831 года Лопухин был уволен в годичный отпуск за границу.
Высочайшим приказом 11 января 1835 г. П. П. Лопухин, согласно прошению по домашним обстоятельствам, был уволен от службы в чине генерал-лейтенанта и поселился в своем имении Корсунь, Киевской губернии, где и скончался 23 февраля 1873 г. Похоронен в погосте Карачуницах Порховского уезда Псковской губернии в фамильной усыпальнице при Николаевской церкви Лопухинского инвалидного дома.
Со смертью бездетного Павла Петровича, титул светлейшего князя Лопухина не исчез: на основании высочайшего повеления, состоявшегося в 1866 году, этот титул, вместе с фамилией Лопухина, перешёл к полковнику Николаю Петровичу Демидову и впоследствии сохранялся старшим в его роде.