Павленко родился в семье ремесленника, вырос в Тифлисе и там же окончил реальное училище (1917). Учился в политехникуме в Баку (1917—1920). Член РКП(б) с 1920. Служил комиссаром в Красной Армии. В 1924—1927 работал в советском торгпредстве в Турции, затем в Европе. По возвращении в Москву в 1928 ненадолго примкнул к группе «Перевал», а вскоре стал одним из ведущих литературных функционеров. Член СП СССР с 1934.
Есть ряд свидетельств, что Павленко принимал участие в допросе Мандельштама в 1934.
Во время войны — специальный корреспондент газет «Правда» и «Красная звезда».
С 1945 до конца жизни по состоянию здоровья жил в Крыму, где возглавлял местную писательскую организацию.
Сын Павленко, Андрей Петрович известный востоковед.
В его книге-утопии «На Востоке» (1936—1937) Советский Союз захватывает Японию. Причём наступление японцев останавливает выступление Сталина на съезде в Большом театре:
Таким образом, участь Японии была решена.
Другие произведения: «13ая повесть о Лермонтове» (1928), повесть «Степное солнце» (1949), сборник «Путь отваги» (рассказы, военные заметки (1942)), «Народные мстители», роман «Счастье» (1947), книга «Крымские рассказы» (1949), неоконченная историческая эпопея «Шамиль». Автор сценариев к фильмам «Александр Невский» (совместно с Сергеем Эйзенштейном, 1938), «Яков Свердлов» (1940), «Клятва» (1946), «Падение Берлина» (1947), «В степи» (совместно с Александром Галичем; 1951), «Композитор Глинка» (1952).