Павел Степанович Мочалов родился 3 (15) ноября 1800 года в Москве, в семье крепостных актёров — Степана Фёдоровича (1775—1823) и Авдотьи Ивановны Мочаловых, которые были крепостными помещика Н. Н. Демидова и играли в его домашнем театре. В 1803 они были отданы в труппу московского Петровского театра М. Медокса. В 1806 вместе со всем Петровским театром вошли в московскую труппу императорских театров и всей семьёй получили вольную. Двое их детей стали тоже артистами: Мария Степановна (по мужу — Франциева, 1799—1862) и Павел Степанович. Судьба одарила Павла редкой памятью. Едва овладев речью, он повторял за матерью длинные строчки из Евангелия. П. Мочалов учился в одном из лучших пансионов Москвы — пансионе Терликовых. Получил хорошее по тем временам образование, знал французский. По воспоминаниям его дочери Е. Шумиловой-Мочаловой, отец какое-то время учился в Московском университете, однако, в списках среди обучавшихся в это время в университете фамилии Мочалов не найдено. 4 сентября 1817 года Павел Мочалов впервые появился на сцене в роли Полиника (пьеса А. Шаховского «Эдип в Афинах») и 11 сентября в роли Эгиста (пьеса «Меропа») — на сцене казенного Театра на Моховой; помещения нынешних Большого и Малого театров открылись лишь 14 октября 1824 года — Малый театр и 18 января 1825 года — Большой театр. В спектакле также участвовали его сестра и отец, который был в это время известным артистом. Достоверных сведений о дебюте не сохранилось, однако в истории изучения деятельности артиста существует мнение, что спектакль прошел с большим успехом. Поводом к этому стали воспоминания С. Т. Аксакова, который видел домашнюю репетицию «Эдипа в Афинах». Тем не менее, первая развернутая статья о Мочалове появляется только в 1823 г. (Любитель театра. Замечания на представление Шекспировской трагедии: Отелло на Императорском Московском театре 10 октября сего года // Благонамеренный. 1823. Ч. 24. № 20. С. 101—106.).
В это время основой репертуара потихоньку становится водевиль и мещанская драма, в которых Мочалову тоже приходится играть. Однако не это привлекло зрителей и критиков к творчеству артиста. В это время Мочалов исполняет роль Жоржа де Жермини в пьесе Дюканжа и Дино «Тридцать лет, или Жизнь игрока» (1828), а также впервые для себя исполняет роль Гамлета (подражание Шекспиру С. И. Висковатова) в 1827 году. Обе роли важны тем, что Мочалов раскрывает в них главные для себя темы бунта, сильной романтической личности. Особенно это проявляется в роли Жоржа де Жермини, трагедии человека, погруженного в свои страсти, для которого игра становится смыслом жизни.
Здесь проявляется поразительная способность артиста превращать обычную мелодраму в трагедию личности. Ярким примером может послужить образ Мейнау в пьесе Коцебу «Ненависть к людям и раскаяние» (1832), в которой мещанская драма превращалась в борьбу человека с миром.
Вершиной творчества артиста становится «Гамлет» в переводе Н. А. Полевого, перевод, который считается романтическим, значительно помог артисту в выражении идеи мятущегося духа Гамлета-Мочалова. Об этом спектакле написано множество статей, необходимо только сказать, что Гамлет в исполнении Мочалова был современником сидящих в зале людей.
Возвращаясь в 1848 году из гастролей в Воронеже, артист простудился — его карета провалилась под лед. В дороге артист много пил и закусывал водку снегом. Приехав в Москву, через несколько дней скончался. Провожать Мочалова в последний путь собралось несколько тысяч человек. Купцы закрыли свои лавки на той улице, по которой проходила траурная карета, и присоединились к процессии.
Погребен на Ваганьковском кладбище.
Павел Мочалов отличался неповторимым стилем игры, который отмечали все его современники. Так, например, главной его особенностью были неожиданные эмоциональные переходы артиста из одного душевного состояния в другое. По этому принципу неожиданностей и строятся роли артиста (Гамлет, Жермани и др.). Не обладая яркой театральной внешностью (средний рост, сутуловатые широкие плечи, но красивое лицо и выразительные глаза), Мочалов, однако, создавал на сцене образы, которые потрясали зрителя своей силой и динамичностью. Белинский вспоминал о том, что забывал, как его зовут во время спектаклей с Мочаловым. Еще одной особенностью актера являются «мочаловские минуты» — кульминации артистического вдохновения. Дело в том, что Мочалов практически никогда не вел роль ровно (за исключением, пожалуй, роли Мейнау и Жоржа де Жермини), чаще всего «из рук вон плохо», но в ходе действия он вдруг произносил две-три фразы, которые поражали зрителя и срывали гром аплодисментов. Зрители приходили на спектакль ради этих «минут».
Имя актера Малого театра Павла Степановича Мочалова стало легендарным еще при жизни. После ясной логики классицизма, который царил в русском театре начала XIX в., неистовый романтик Мочалов казался загадкой, которую так никому и не суждено было разгадать. Первые шаги актера были отмечены решительным несогласием с утвердившимися традициями. Выступая в трагедиях Озерова («Эдип в Афинах»—Полиник, «Фингал» — заглавная роль), он не заботился о соблюдении эстетического канона, но искал свободы выражения чувства. Идею свободного художника воплотил он в образе актера Кина («Кин, или Гений и беспутство» Дюма-отца). Душевную борьбу передал в одержимом манией игры Жорже де Жермани («Тридцать лет, или Жизнь игрока» Дюканжа). Черты «почти байроновской меланхолии» увидел в обманутом муже бароне Мейнау («Ненависть к людям и раскаяние» Коцебу). В его Фердинанде («Коварство и любовь» Шиллера) внешне было что-то от русского армейского поручика. Актер показывал не драму германского юноши, а социальный протест против тирании. Романтизм Мочалова открыл русской сцене трагедии Шекспира. Шекспировские герои в исполнении русского актера выглядели современными людьми, озабоченными восстановлением нарушенной справедливости. Таким явился совсем не величественный, но глубоко уязвленный крахом миропорядка король Лир. В «Отелло» Мочалов говорил о трагическом крушении веры в человека. Его Гамлет через сомнения и борьбу с самим собой приходил к мысли о необходимости уничтожения зла и насилия. Образ Гамлета в исполнении Мочалова звучал революционно. Мочалов настойчиво добивался возможности сыграть роль Арбенина в «Маскараде» Лермонтова, но цензура не разрешила постановку. Актер создал образ Чацкого в первой постановке «Горе от ума» в Москве в 1831 г. В его игре была раскрыта трагичность судьбы мыслящего человека в условиях крепостнической России.
П. Мочалов становится символом новой романтической эпохи в истории русского театра. Быстро освободившись от влияния классицизма, он создает на сцене новые образы, исполненные в стиле романтизма. Главной чертой артиста являлась непредсказуемость в игре, подчинение вдохновению и предельная экзальтированность образа. Столь необычный способ создания ролей привлек к себе внимание ведущих критиков того времени, в частности В. Белинского, который напишет об актере не одну статью. Самой известной из них станет «„Гамлет“ Драма Шекспира. Мочалов в роли Гамлета», в которой критик тщательно исследует природу творчества артиста. Статья построена на описании девяти показов (!) «Гамлета». Второй известной статьей станет «И мое мнение об игре господина Каратыгина», в которой В. Белинский продолжит полемику об этих двух артистах и выступит на стороне П. Мочалова. Правда, с переездом в Петербург критик изменит свое отношение к В. Каратыгину и перейдет на его сторону.
Важны так же работы С. Аксакова, близкого друга П. Мочалова, который оставил многочисленные статьи и воспоминания об артисте.
П. Мочалов за свою жизнь сыграл в более чем 250 ролях.
Список ролей составлен по книге Ю. А. Дмитриева «Мочалов актер-романтик», даты премьер исправлены по книге М. Н. Ласкиной «Мочалов: Летопись жизни и творчества». Список является неполным. (по данным М. Н. Ласкиной актер сыграл в более чем 250 ролях).