Его называли русским Леонардо да Винчи, он был другом и духовником лучших людей своего времени.
Мать Флоренского, Ольга (Саломия) Павловна Флоренская, урождённая Сапарова, по отцу происходила из древнего армянского княжеского рода Мелик-Бегляровых, по матери — из именитого грузинского рода Пааташвили. Отец, Александр Иванович Флоренский, сын военного врача, окончил Петербургский Институт путей сообщения: серьёзный уважаемый инженер, строил в Закавказье дороги и мосты, впоследствии стал заместителем начальника Кавказского округа путей сообщений, а также действительным статским советником. У Флоренских имелись поместья в Елисаветпольской губернии — там во время волнений укрывались местные армяне, спасаясь от натиска кавказских татар. Впоследствии Павел Флоренский постоянно искал «особые корни своей армянской семьи», и утверждал, что его род происходит не из Персидской Армении, а из Карабаха. У Флоренских-старших было семеро детей. Павел родился 9 января 1882 г. близ Евлаха (ныне Азербайджан) и был назван в честь святого апостола Павла.
Осенью 1882 г. семья переселилась в Тифлис (Тбилиси), где маленького Павла крестили в старинном храме у подножия горы Мтацминда, близ могилы А. С. Грибоедова. В 17 лет юный Флоренский глубоко и искренне обратился к религии. Но родители упёрлись: сначала получи университетское образование! Павел окончил гимназический курс первым, с золотой медалью и в 1900-м поступил на физмат Московского университета, знакомится с Андреем Белым, Брюсовым, Бальмонтом, Мережковским, Гиппиус, Блоком, увлекается поэзией, публикуется в журналах «Новый Путь» и «Весы». Затем он увлекся учением Вл. Соловьёва и архимандрита Серапиона (Машкина) и по благословению епископа Антония (Флоренсова), поступил в Московскую духовную академию, где за работу в духе теодицеи «Столп и утверждение истины», удостаивается Макариевской премии. В 1911 г. Флоренский принял сан, в 1912-м назначен редактором академического журнала «Богословский вестник»
Брак Флоренских-старших был идеален, и они стали примером для Павла. По окончании Академии 1910 г. он обвенчался с учительницей начальных классов Анной Михайловной, урожденной Гиацинтовой. Флоренские-младшие переехали в Сергиев Посад. Анна Михайловна была скромной, любящей, заботливой матерью для их пятерых детей: Василия, Кирилла, Михаила, Ольги и Марии (Тинатин). Вместе с младшими детьми она ездила к ссыльному мужу в Нижний Новгород и на Дальний Восток. Именно она сохранила дом в Сергиевом Посаде и рукописное наследие П. А. Флоренского. Внуки Флоренского пошли в деда: Павел Васильевич — профессор РГУНиГ, академик МСА, академик РАЕН, член Союза писателей России, руководитель Экспертной группы по чудесам при Синодальной богословской комиссии РПЦ, а игумен Андроник (Трубачёв) — директор Центра изучения, охраны и реставрации наследия священника Павла Флоренского, директор музея Павла Флоренского в Сергиевом Посаде, основатель и директор Музея Павла Флоренского в Москве.
Революции 1905 и 1917 гг. Флоренский воспринял как живой апокалипсис и метафизически приветствовал их, но философски и политически всё более склонялся к теократическому монархизму. Он сблизился с Василием Розановым, стал его духовником. В 1913 г. в Киеве проходил процесс Бейлиса по обвинению еврея Менахема Менделя Бейлиса в ритуальном убийстве 13-летнего ученика Киево-Софийского духовного училища Андрея Ющинского. Не сомневаясь в существовании практики ритуальных убийств у евреев, Флоренский направил В. В. Розанову для анонимной публикации статьи «Проф. Д. А. Хвольсон о ритуальных убийствах» и «Иудеи и судьба христиан» и тот включил обе статьи в книгу «Обонятельное и осязательное отношение евреев к крови» в виде приложения.
Ещё будучи гимназистом, Флоренский увлекся фотографией. Снимки Акрополя, античных статуй и барельефов украшали книжные шкафы в его кабинете. С детских лет до кончины фотоснимок был для него символом вечности. 15-летним юношей, во время поездки в Германию, Флоренский живо интересовался фотоаппаратурой; в письме к отцу от 13 июня 1897 г. из Дрездена он пишет о желании приобрести «машину особой конструкции, которая дает рентгеновы фотографии». Вот как Флоренский вспоминал своё путешествие по Грузии летом 1899 г.: «Целыми днями лазил по горам, фотографируя, делая зарисовки, записывая свои наблюдения, а по вечерам приводил все это в порядок… пластинки приходилось закладывать в аппарат с большими неудобствами, при свете». Часть этих фотографий сохранилась до наших дней. В тюремной камере на Соловках, где прошли последние месяцы жизни о. Павла, с ним были фотографии родных и близких: после вечерней молитвы он смотрел на эти снимки, мысленно желая дорогим ему людям покоя и душевного равновесия.
По преданию, чтобы избавить честную главу святого Сергия от поругания, отец Павел Флоренский, архимандрит Кронид, Ю. А. Олсуфьев, граф В. А. Комаровский и ставшие впоследствии священниками С. П. Мансуров и М. В. Шик вскрыли раку Сергия Радонежского и изъяли главу Преподобного, а на её место положили главу погребённого здесь же, в Лавре, князя Трубецкого. Главу святого Сергия схоронили в ризнице и дали обет молчания, не нарушенный впоследствии никем. Когда в 1933 г. Флоренский был арестован, в тайну посвятили П. А. Голубцова, ставшего позже архиепископом Новгородским и Старорусским. Голубцов тайно перенёс ковчег и схоронил его в окрестностях Николо-Угрешского монастыря под Люберцами. Вскоре Голубцов был арестован, из заключения попал на фронт, а после демобилизации принёс ковчег в дом племянницы Олсуфьева Е. П. Васильчиковой. Незадолго до своей кончины она и рассказала о тайне. Васильчикова хранила заветный ковчег со честной главой у себя дома в цветочном горшке. На Пасху 21 апреля 1946 г. Лавра была вновь открыта, мощи Преподобного возвращены Церкви, а его глава заняла прежнее место в его гробе.
В начале 1930-х гг. против Флоренского развязывается кампания в советской прессе со статьями погромного характера. 26 февраля 1933 г. последовал арест, а через 5 месяцев — осуждение на 10 лет. Под пытками о. Павел оговорил академика Н. Лузина (Дело Лузина). Затем сломленного узника выслали по этапу в восточно-сибирский лагерь «Свободный», где он работал в научно-исследовательском отделе управления БАМЛАГа. 10 февраля 1934 г. Флоренский был направлен в Сковородино на опытную мерзлотную станцию, где проводил исследования, которые впоследствии легли в основу книги Н. И. Быкова и П. Н. Каптерева «Вечная мерзлота и строительство на ней». 17 августа 1934 г. отец Павел Флоренский был помещён в изолятор лагеря «Свободный», а 1 сентября 1934 г. отправлен со спецконвоем в Соловецкий лагерь особого назначения, на лагерный завод йодной промышленности: там он занимался проблемой добычи йода и агар-агара из морских водорослей и сделал более десяти запатентованных научных открытий.
25 ноября 1937 г. особой тройкой НКВД Ленинградской области он был приговорён к высшей мере наказания и расстрелян. Похоронен в общей могиле убитых НКВД под Ленинградом.