Пётр Ильич Романов родился 21 февраля 1919 года в селе Панское ныне Алексинского района Тульской области. Мать Романова Александра Игнатьевна. Русский. Член КПСС. В Красной Армии — с 24 ноября 1939 года.
В Великой Отечественной войне участвовал с 28 июня 1941 года. Контужен 4 июля 1941 года под городом Остров Псковской области. Командир 1-го стрелкового батальона 140-го стрелкового полка 182-ой стрелковой Дновской дивизии.
Во время Восточно-Прусской операции в 1945 году бойцы батальона под командованием Романова удерживали господствующую высоту в районе Побетен (Восточная Пруссия) (ныне поселок Романово Зеленоградского района Калининградской области) в течение недели, но количество бойцов уменьшалось, заканчивались боеприпасы. В ходе боёв Пётр Ильич был неоднократно ранен, но продолжал сражаться. Гитлеровцы окружили несколько оставшихся бойцов, бросив против них до батальона пехоты и самоходку. Капитан Романов вызвал на себя огонь артиллерии.
Погиб 9 февраля 1945 года.
Похоронен в посёлке Побетен, впоследствии названном его именем.
19 апреля 1945 года Петру Ильичу Романову было присвоено звание Героя Советского Союза (посмертно).