Петр Борисович Ганнушкин родился 8 марта (24 февраля по старому стилю) 1875 года в деревне Новосёлки Пронского уезда Рязанской губернии в многодетной семье земского врача. Его мать, урождённая Можарова, была родом из обедневших мелкопоместных дворян. Она получила хорошее домашнее воспитание и образование, знала французский и немецкий языки, увлекалась философией, любила музыку, поэзию и живопись, была общительна, отзывчива. Семья переехала в Рязань, где отец стал работать в 1-й мужской гимназии, куда в 9-летнем возрасте поступил П. Б. Ганнушкин. Учился отлично.
В 1893 году П. Б. Ганнушкин окончил гимназию с золотой медалью и поступил на медицинский факультет Московского университета. В октябре 1898 года окончил Московский университет. Он отказался от предложения занять место штатного ординатора, так как это было по тому времени связано с исполнением надзирательских обязанностей, в течение 4 лет состоял экстерном в клинике вплоть до 1902 года. Эти годы он провёл в амбулаторной клинике, написал ряд научных работ.
В 1902 году по предложению С. А. Суханова, В. П. Сербского и Г. И. Россолимо П. Б. Ганнушкин был принят в действительные члены Московского общества невропатологов и психиатров. В этом же году его избрали сверхштатным ассистентом психиатрической клиники, которую после смерти С. С. Корсакова возглавил в 1903 году профессор В. П. Сербский. В 1904 году защитил докторскую диссертацию «Острая паранойя». С того же года приват-доцент кафедры душевных болезней Московского университета. Он начал читать доцентский курс «Учение о патологических характерах».
В 1905 году Пётр Борисович посетил полуторамесячные курсы усовершенствования по психиатрии в клинике Э. Крепелина в Мюнхене. После этого он окончательно стал сторонником его учения. В 1906 году Пётр Борисович побывал в Парижской психиатрической больнице святой Анны, где ознакомился с работой клиники профессора В. Маньяна. В 1908 и 1911 годах П. Б. Ганнушкин прошёл курсы усовершенствования по психиатрии в клинике Э. Крепелина в Мюнхене повторно.
В 1911 году резко обострилась борьба за университетскую автономию, в ответ на которую последовали репрессии царского министра просвещения Л. А. Кассо. В 1911 году П. Б. Ганнушкин ушёл из университета вместе с другими прогрессивными учёными в знак протеста против репрессий царского ставленника Кассо. Он работал в качестве врача-ординатора с 1906 до ]1914 годы в Московской Алексеевской психиатрической больнице (ныне больница имени П. П. Кащенко), до призыва в армию. Был одним из создателей передового журнала «Современная психиатрия» (1907—1917), в дальнейшем принимал активное участие в издании «Журнала невропатологии и психиатрии им. С. С. Корсакова».
В 1917 году после демобилизации по болезни, Пётр Борисович возвратился в Алексеевскую больницу. С 1918 года работал профессором кафедры психиатрии Московского университета (с 1930 года — 1-го Московского медицинского института) и директором университетской психиатрической клиники (ныне клиники имени С. С. Корсакова АМН России имени И. М. Сеченова).
Создатель концепции малой психиатрии. Разработал учение о патологических характерах. В книге «Клиника психопатий: их статика, динамика и систематика» им была предложена следующая классификация: циклоиды, астеники, неустойчивые, антисоциальные, конституционально-глупые. Также были описаны дополнительные подгруппы: депрессивные, возбудимые, эмоционально-лабильные, неврастеники, психастеники, мечтатели, фанатики, патологические лгуны. Элементы его типологии в дальнейшем были использованы в работах А. Е. Личко.
Ганнушкин также занимался экспериментальным исследованием гипноза. П. Б. Ганнушкин критиковал теорию Ч. Ломброзо о «прирождённом преступнике». Интересовался психоаналитическими идеями и в экспериментальном порядке использовал психоаналитическую терапию. Своё отношение к психоанализу сформулировал в работе «О психотерапии и психоанализе».
П. Б. Ганнушкин описал признаки поведенческой патологии в виде склонности к дезадаптации, тотальности и стабильности.
Инициатор развития внебольничной психиатрической помощи. Под руководством П. Б. Ганнушкина в СССР начала создаваться система психоневрологических диспансеров, как новая форма внебольничной помощи психически больным. Создатель научной психиатрической школы. Среди учеников П. Б. Ганнушкина — Ф. Ф. Детенгоф, С. Г. Жислин, А. Н. Молохов, профессор Я. П. Фрумкин, академик АМН СССР О. В. Кербиков, А. О. Эдельштейн, Б. Д. Фридман и др.
Именем врача названы: