П. А. Бадмаев по происхождению бурят. Его отец вёл кочевой образ жизни в Агинской степи Забайкалья.
Год рождения Бадмаева неизвестен. Без всяких оснований в Энциклопедии Брокгауза и Ефрона годом рождения указан 1849 год, а в современном Энциклопедическом словаре дается 1851 год. В его следственном деле лежит справка ЧК, где указано, что он родился в 1810 году. В заявлении на имя председателя ЧК от 10 августа 1919 года он написал: «Я, 109 лет старик, потому только, что имею большое имя, популярное в народе, — сижу в заключении без всякой вины и причины уже два месяца». Его дочь говорила: «Когда я родилась (это 1907 год), отцу было сто лет».
Был крестником императора Александра III. При принятии православия, Бадмаев выбрал себе имя в честь своего кумира — Петра I, а отчество традиционно давалось по имени царствующего лица, — так Жамсаран Бадмаев стал Петром Александровичем. Переход его в православие отнюдь не был конъюнктурным шагом: он уверовал искренне. Известно, что в 1881 году, собираясь в свою первую, двухлетнюю поездку на Восток, в Монголию, Китай и Тибет, он специально отправился просить благословения отца Иоанна Кронштадтского и получил его. Иоанн лично приезжал освящать знаменитый петербургский дом Бадмаева на Ярославском, 65. Именно Бадмаев лечил знаменитейшего русского священника, получившего несколько ножевых ран при втором покушении на него.
Пётр Бадмаев окончил гимназию в Иркутске. В 1871 поступил в Петербургский университет на Восточный факультет. В 1875 году окончил его с отличием по монгольско-маньчжурскому разряду. В это же время был вольнослушателем в Военно-медицинской академии. С 1875 на службе в Азиатском департаменте МИД. После смерти своего старшего брата Сультима (Александра Александровича) возглавил организованную им аптеку тибетских лекарственных трав в Санкт-Петербурге. В 1877 году П. А. Бадмаев женился на русской дворянке Надежде Васильевой.
Занимался лечебной практикой (лечил травами, порошками собственного изготовления). Пользовался доверием императора Александра III и Николая II. Долгое время лечил цесаревича Алексея. Выступал против Григория Распутина. На Поклонной горе имел дом, при котором находился огород, на котором он выращивал целебные травы.
Создал торговый дом «П. А. Бадмаев и Ко», действовавший в 1893—1897 гг. в Забайкалье. Целью торгового дома была торговля с бурятами. В здании торгового дома «П. А. Бадмаев и Ко» в Чите с 1895 г. издавалась первая частная газета Забайкалья «Жизнь на восточной окраине». Газета издавалась на монгольском и русском языках без контроля цензуры. Улучшил местную породу лошадей благодаря покупке в Читу Торговым домом Бадмаева чистокровных английских скаковых лошадей. Содействовал миссионерской деятельности Забайкальской духовной епархии. В 1909 г. организовал «Первое Забайкальское горно-промышленное товарищество» для разработки золотых приисков.
В 1893 г. после нескольких экспедиций в Монголию, Китай и Тибет, Бадмаев-дипломат написал и подал императору Александр памятную записку «О задачах русской политики на азиатском Востоке». План Бадмаева был грандиозным и предусматривал добровольное присоединение к России Монголии, Китая и Тибета. Он предсказывал, что дни маньчжурской династии в Китае сочтены, и предупреждал: если туда не придем мы, придут англичане. (Он не ошибся: после смерти Александра III англичане ввели войска в Тибет.) Бадмаев утверждал, что в Китае нет навыка самоуправления, страна привыкла к диктатуре и оттого встретит русских с покорностью и даже благодарностью. Император наложил на письмо резолюцию: «Все это так ново, необычайно и фантастично, что с трудом верится в возможность успеха». За представленный труд Петр Александрович получил генеральский чин — действительного статского советника.
Строившаяся при Александре III Транссибирская железнодорожная магистраль способствовала быстрому экономическому развитию дальневосточной окраины империи, до этого оторванной от центра. В своем докладе императору Бадмаев предлагал сменить экономическую ориентацию России с востока на юг — на Тибет, построив для этого еще одну железную дорогу к городу Ланчжоу-фу, расположенному в 1500 верстах от границы Российской империи и являющемуся, по мнению Бадмаева, ключом к Тибету. «Ланчжоу-фу — ключ в Тибет, Китай и Монголию. Вся торговля Китая попадет в наши руки, — убеждает он императора. — Европейцы не в состоянии с нами конкурировать… С проведением этой линии начнется финансово-экономическое могущество России».
Перспективы, описанные в докладе, заинтересовали министра финансов Витте. В сопроводительной записке к докладу тот пишет императору, что взгляды Бадмаева представляются ему «весьма серьёзными» и «устанавливающими новую точку зрения в практических вопросах политики… По своему географическому положению Тибет, с точки зрения интересов России, имеет важное политическое значение. Значение это особенно увеличилось в последнее время ввиду настойчивых стремлений англичан проникнуть в эту страну и подчинить ее своему политическому влиянию».
Больше повезло Бадмаеву с Николаем II. На этот раз он воздействовал на царя с помощью Распутина. 1 января 1904 года Бадмаев пишет императору: «Корень русской политики на Востоке лежит не в Китае, а именно в Тибете. Неужели истинно русский человек не поймет, сколь опасно допущение англичан в Тибет; японский вопрос — нуль по сравнению с тибетским». Не прошло и двух дней со дня написания письма, как по личному распоряжению императора на Тибет отправился подъесаул Уланов. Он получил двойное задание: во-первых, разузнать, что там делается, во-вторых, постараться настроить тибетцев против англичан. Начавшаяся через три недели война с Японией поставила крест на попытках Бадмаева установить контроль над тибетскими ущельями.
В 1911 и 1916 гг. вместе с П. Г. Курловым и Г. А. Манташевым выступил с проектами железнодорожного строительства в Монголии. Именно он первым внятно высказался за строительство Сибирской магистрали, впоследствии известной под именем БАМ.
В 1917 г. после февральской революции П. А. Бадмаев был выслан в Хельсинки.
Зимой 1919—1920 гг. находился в заключении в Петербургской городской тюрьме и в Чесменском лагере. Умер в июле 1920 года. Похоронен 1 августа 1920 г. на Шуваловском кладбище в Петрограде.
Среди эзотериков ходят слухи, что Бадмаев якобы был членом тибетского мистического общества Зелёный дракон. Из-за отсутствия какой-либо официальной документации в тайных организациях, аргументы «против» этого или «за» —- безосновательны.