Родился в 1896 году в семье землемера. В 1912 г. поступает на физико-математический факультет Петербургского университета, где начинает научную работу под руководством А. Ф. Иоффе, дипломная работа посвящена электропроводности NaCl. С 1918 г. работает в рентгенологическом и радиологическом институте, физико-технический отдел которого вскоре превратился в самостоятельный институт — ныне ФТИ им. Иоффе.
В 1925 г. с помощью метода конденсатора Лукирского впервые удалось измерить энергию характеристического излучения углерода, алюминия и цинка. Вскоре опубликовал работы по дисперсии рентгеновского излучения и эффекту Комптона.
В 1933 году избран членом-корреспондентом АН, в период с 1934 по 1938 г. заведующий кафедрой электричества физического факультета ЛГУ.
В 1938 г. репрессирован.
Из заявления член-корреспондента АН СССР Петра Ивановича Лукирского на имя начальника НКВД Ленинградской области:
После войны работает в области ядерной физики, исследует процессы взаимодействия нейтронов с веществом, в 1954 г. впервые в мире публикует работу о ядерном расщеплении, вызванном К-мезоном.