В 1927 году окончил среднюю школу в города Элгин, Иллинойс. В 1931 году — Манчестерский колледж.
Профессор Корнеллского университета (1948–1956), научный руководитель Меллоновского института (1956–1961), профессор Стэнфордского университета с 1962 года.
Один из основоположников теории поликонденсации. Внёс значительный вклад в теорию растворов полимеров и статистическую механику макромолекул. На основе работ Флори созданы методы определения строения и свойств макромолекул из измерений вязкости, седиментации и диффузии.
Нобелевская премия по химии (1974) — «За фундаментальные достижения в области теории и практики физической химии макромолекул».