В 1876—1881 учился в Московском университете, откуда был исключён за участие в студенческом революционном движении и выслан из Москвы в Ставрополь. В 1885 окончил медицинский факультет Казанского университета и получил диплом врача. В 1889—1904 директор психиатрической больницы Нижегородского земства (колония Ляхово). Заведовал Московской и Петербургской психиатрическими больницами. В 1904—1906 годах — главный врач психиатрической больницы им. Алексеева в Москве.
В 1905 принимал участие в революционных событиях в Москве, оказывая помощь раненым во время восстания на Пресне. В 1905—1906 гг. возглавил нелегальный межпартийный Красный крест. Организатор и председатель первого в России Центрального статистического бюро для учёта психических больных. С мая 1917 руководил нервно-психиатрической секцией Совета врачебных коллегий, в 1918—1920 заведовал подотделом нервно-психиатрической помощи Наркомздрава РСФСР. Похоронен на Новодевичьем кладбище.
Фамилию Петра Петровича Кащенко использует сетевое движение кащенитов, которые шутливо считают его кем-то вроде своего покровителя.