Петр Парфенов родился в крестьянской семье, в детстве был свинопасом, батраком, в 1909-10 годах - кучер, дворник, булочник в Златоусте — 1909-1910; затем каменщик в Уфе на Аша-Балашовском металлургическом комбинате, ремонтник на железнодорожной станции Порзя и во Владивостоке.
После этого - старший бухгалтер, счетовод, официант ресторана в Харбине; учитель в селе Екатериновка Приморской области; ученик химика на Тетюхинских рудниках (ныне — Дальнегорск Приморского края); унтер-офицер, прапорщик, штабс-капитан инженерных войск — город Наровчат Пензенской губернии.
С 1914 г. - на фронтах Первой мировой войны. С 1915 года публиковал в газетах стихи, в том числе под псевдонимом “Петр Алтайский”. В 1917 г. вступил на фронте в большевистскую партию. В июле 1917 г. в связи с контузией получил двухмесячный отпуск с Румынского фронта, выехал в Алтайский округ, где в поселке Семеновский (ныне исчезнувший — территория Завьяловского района Алтайского края) жили его родители.
Больше на фронт не возвращался, был уполномоченным по созданию крестьянских советов Алтайской губернской земской управы, учителем в селе Глубоком (ныне Завьяловский район), членом член Алтайского губисполкома, заведующим отделом народного образования исполкома Алтайской губернии.
Затем в 1918 г. стал командиром полка имени Карла Маркса, был инспектором строевой части штаба Алтайского фронта. После падения Советской власти на Алтае был арестован, затем освобожден и жил в Семеновке у родителей, вновь был арестован и бежал.
После этого был мобилизован как бывший офицер и направлен в Барнаульский полк 5 сентября 1918 года; вновь был арестован 19 сентября 1918 года, освобождён 12 октября; снова арестован барнаульской контрразведкой — 18 ноября 1918 года, подвергся пыткам, освобожден 9 декабря 1918 года. После этого более месяца находился в психотделении военного госпиталя в Барнауле. Выздоровев, он связался с подпольщиками Омска, и по их заданию работал в колчаковской контрразведке города Камень-на-Оби, снабжая подпольщиков ценными сведениями. О действиях “жандармского полковника”, прототипом которого был Парфенов, рассказано на страницах романа алтайского писателя Георгия Егорова “Солона ты, земля”.
Затем Парфенов переехал в Забайкалье и на Дальний Восток, где принял активное участие в Гражданской войне в качестве командира полка 8-й Забайкальской дивизии Красной армии, а затем начальника политуправления Народно-революционной армии Дальневосточной республики (ДВР).
В декабре 1920-январе 1921 года Парфенов как особоуполномоченный правительства ДВР возглавлял мирную делегацию Приморского народного собрания на переговорах с начальником главного штаба охранных войск КВЖД в Харбине относительно судьбы 30 эшелонов с остатками колчаковской армии, обеспечивал их разоружение и реэвакуацию. В мае 1921 года как начальник политуправления народно-революционной армии вошел в коалиционное правительство — Совет министров Дальневосточной республики. В конце 1921 года Парфенову было поручено возглавить военно-техническую миссию ДВР.
В марте 1922 года переехал в Москву, где работал сотрудником Коминтерна; редактором журналов “Советский путь”, “Коллективист”; заместителем торгового представителя СССР в Иране.
В 1925-1926 годах являлся ответственным инструктором ЦК ВКП (б) по Сибири и Дальнему Востоку; затем возглавлял оргплановое бюро Госплана, был назначен заместителем председателя, и, наконец, председателем Госплана РСФСР — в 1927-1929 годах.
В 1927 г. женился, с 1929 г. сосредоточился на писательской работе. Был автором исторических книг «Уроки прошлого. Гражданская война в Сибири», «В огне революции», «На соглашательских фронтах», «Борьба за Дальний Восток», повести «Поход на Гатчину», романа «Личное и общественное» и других литературных произведений. В 1934 году его приняли в Союз писателей СССР, он возглавлял Московское товарищество писателей.
В 1933 Парфенова исключили из партии, в октябре 1935 арестовали, а 29 июля 1937 расстреляли по приговору Военной коллегии Верховного суда СССР по обвинению в организации контррреволюционной террористической группы и в связи с контрреволюционерами. Он был реабилитирован посмертно в 1956 г.
Похоронен в Москве на Донском кладбище.
19 мая 1987 года улица 2-я Северо-Западная в Железнодорожном районе Барнаула была переименована в улицу имени Петра Парфенова. Также имя Парфенова носят улицы в алтайском райцентре Завьялове и в городе Спасске-Дальнем Приморского края.
Творчество Петра Парфенова, возможно, давно забыли бы, если бы не приобретшая необыкновенную популярность песня «По долинам и по взгорьям». Ей было предпослано посвящение: «Светлой памяти Сергея Лазо, сожженного японо-белогвардейцами в паровозной топке».
Первый вариант героической песни начинался строкой «По долинам, по загорьям». Несколько позже, в 1922, Парфенов внес в текст ряд изменений («волочаевские дни» вместо «николаевские дни» и так далее). В 1929 Ансамбль красноармейской песни Александрова включил «Партизанскую» в свой репертуар, при этом текст Парфенова был отредактирован поэтом-песенником Сергеем Алымовым. Автором мелодии был назван ротный командир одной из частей Украинского военного округа Илья Атуров, из уст которого Александров услышал мелодию песни.
Но в 1934 в газете «Известия» появилась коллективная статья, в которой указывалось имя подлинного автора — Парфенова. А в 21-м номере журнала «Красноармеец — Краснофлотец» за 1934 сам Петр Семенович рассказал историю создания «Партизанского гимна».
Однако вопрос об авторстве оставался нерешенным, потому что в 1937 году Петр Семёнович был расстрелян. Только в 1962 суд подтвердил авторство Парфенова.
В том же 1937 году, когда был расстрелян автор «Партизанского гимна», в Испании появился вариант песни на ту же музыку - «El Himno del Guerrillero».