Pavlos blev født i Athen som tredje søn af Konstantin 1. af Grækenland og dennes hustru Sophie af Preussen, og han gjorde militær karriere i marinen. Han blev 9. januar 1938 gift med Frederike af Hannover. Parret fik tre børn: Sofia af Spanien (med giftermål dronning af Spanien), Konstantin 2. af Grækenland (senere konge af Grækenland) og Irene af Grækenland. Blandt Pavlos forfædre kan nævnes på fædrene side, at den danske Christian 9. var hans oldefar, og derudover var han tipoldebarn af zar Nikolaj 1. af Rusland samt barnebarn af kejser Frederik 3. af Preussen.
I perioden 1917-20 levede Paul i eksil med sin far, Konstantin 1. Det gentog sig i perioden 1923-35 og igen 1941-46, denne gang med sin bror, Georg 2., der nu var blevet konge. Under det meste af anden verdenskrig, hvor Grækenland var besat af Nazityskland, indgik Paul i den græske eksilregering, der opererede fra henholdsvis London og Cairo. Fra Cairo medvirkede han i radioudsendelser til det græske folk.
I 1946 vendte han med sin bror tilbage til Grækenland under den græske borgerkrig, og da Georg pludseligt døde året efter, blev det Pavlos, der efterfulgte ham som landets konge. Efter borgerkrigens ophør i 1949 var Paul med sine kontakter til andre lande medvirkende til at genetablere Grækenlands diplomatiske og handelsmæssige kontakter, hvorved landets økonomi blev forbedret. Blandt Pauls indsatser var et statsbesøg i Tyrkiet (første officielle visit fra en græsk konge). I 1959 overdrog prins Max af Bayern Otto af Grækenlands kronregalier til Paul. Regalierne havde været væk fra landet i næsten et århundrede.
Imidlertid modtog Pavlos også kritik for sine hyppige rejser og omkostningerne ved driften af kongehuset, og en republikansk bevægelse blev stærkere i landet. I et forsøg på at komme kritikken i møde indvilligede Paul i at spare på sine udgifter, og han overgav et privat gods til staten.
I februar 1964 blev han opereret for mavecancer, og han døde cirka en uge senere.