Родился 21 апреля,1982 года в Москве в актёрской семье (внук заслуженного артиста России Евгения Фёдорова — старшего единоутробного брата Александра Збруева, сын искусствоведа, актёра и телеведущего Петра Фёдорова-старшего), но всё детство провёл на Алтае. Восьмикласником переехал в Москву. Увлекался рисованием, хотел поступить в МГХПУ имени С. Г. Строганова, но со смертью отца (тоже актёр, ведущий Пётр Фёдоров, умер от рака 10 марта 1999) изменил своё решение и в 1999 году поступил в Театральный институт имени Б. В. Щукина (на курс Р. Овчинникова), который окончил в 2003 году. Сыграл студента Беляева в дипломном спектакле «Прекрасные люди». В постановке также приняли участие известные актёры: Григорий Антипенко и Ольга Ломоносова. В сентябре 2003 года спектакль «Прекрасные люди» получил приз газеты «Московский комсомолец» как лучший спектакль сезона в номинации «Начинающие». После окончания института работал в Театре имени К. С. Станиславского.

Первой главной ролью стала роль Лёньки в фильме Леонида Марягина «101 километр». Режиссёр нашёл Петю в Театральном институте имени Б. В. Щукина на экзамене по сценической речи и сказал, что это он в молодости. Также сыграл в таких фильмах, как «Сматывай удочки», «Мужской сезон. Бархатная революция», «Неуправляемый занос», но огромную популярность ему принесла роль Данилы в популярном сериале «Клуб». «Клуб» стал самым успешным и самым рейтинговым проектом за всю историю телеканала «MTV Россия». Всего было снято 8 сезонов, но Пётр после 3 сезона ушёл и начал подготовку к съёмкам в фильме «Обитаемый остров». Съёмки картины проходили в течение 10 месяцев (с 14 февраля по 7 декабря 2007 года). Фильм стал дилогией из-за большого количества отснятого материала.

В апреле 2008 года начались съёмки одного из самых важных проектов для Петра — российского псевдодокументального фильма-драмы режиссёра Павла Бардина «Россия 88» — о молодёжной субкультуре НС-скинхедов. Фильм повествует о неонацистской группировке «Россия 88», которая снимает агитационные ролики избиений с последующей публикацией их в Интернете. Глава группировки по кличке Штык узнаёт о том, что его сестра встречается с кавказцем по имени Роберт. Разгорается семейная драма, которая перерастает в трагедию. В 2010 году прокуратурой Самарской области был подан иск о конфискации и изъятии из гражданского оборота кинофильма «Россия 88» как экстремистского. В дальнейшем прокуратура по требованию Генпрокуратуры отозвала иск. Пётр Фёдоров сказал по поводу этих событий: «Мне кажется диким, что фильм так бук­вально отождествляют с реальностью. Мы всеми силами пытались избежать какой-то наглядной жести — там даже крови не было, всё сделано максимально мило. Тем не менее нас три года таскали по судам — это вообще забавная история: хотели присвоить гриф „Экстремистские материалы“ и изъять из оборота на всей территории страны». Фильм получил немало наград: специальный приз «Событие года» на Национальной премии кинокритики и кинопрессы «Белый слон», специальный приз жюри и приз Гильдии киноведов и кинокритиков на фестивале «Дух огня», хорошо прошла премьера фильма «Россия 88» на Berlinale 2009 в рамках программы «Panorama».

Летом 2008 года Пётр принял участие в съёмках фильма «Фобос. Клуб страха», который снимали в Эстонии. По словам Петра, фильм помог ему найти родственников в Таллине. Премьера фильма в России состоялась 25 марта 2010 года. В 2009 году прошли съёмки ещё одного авторского проекта «Гоп-стоп». Это фильм о гопниках, криминальная история на злобу дня с элементами абсурда, навеянная классическими народными эпосами.

В 2009 году Петра пригласили сыграть главную роль в фильме «ПираМММида» — вундеркинда Антона. «ПираМММида» — российский фильм режиссёра Эльдара Салаватова. В основу сюжета положена книга Сергея Мавроди. Картина вышла в российский прокат 7 апреля 2011 года.

В 2010 году Пётр был утверждён на роль молодого кадета Антона Баткина в американский фильм «Фантом», режиссёром которого выступил Крис Горак. Премьера фильма в России состоялась 22 декабря 2011 года. В том же 2010 году в Одессе проходили съёмки мини-сериала «Охотники за бриллиантами», премьера которого в России состоялась на Первом канале 3 октября 2011 года. Летом 2011 года Пётр снялся в фильме «Беглецы» по мотивам повести сибирского автора Глеба Пакулова «Ведьмин ключ», где его партнершей выступила Елизавета Боярская. Действие происходит на рубеже ХIХ и ХХ веков. Фильм о суровых людях, любви и мужестве. Съёмки проходили в августе 2011 года в Восточном Казахстане недалеко от города Риддер, среди тайги и Алтайских гор. Место для съёмок выбрали в заповеднике возле базы отдыха «Климовка» и села Поперечное. Мобильной связи не было, и киногруппа среди величественных гор и таёжного леса ощущала себя по-настоящему оторванной от мира. Премьера фильма состоится 25 сентября 2014 года.

«Ёлки 2» — новогодняя кинокомедия, продолжение фильма «Ёлки» (2010). Фильм вышел в прокат 15 декабря 2011 года. В новелле режиссёра Александра Баранова «Папа» главные роли исполнили Анна Чиповская (мама), Пётр Фёдоров (Дед Мороз) и Валерия Стреляева (девочка Настя). Настя никогда не видела своего папу, но уверена, что только этот человек может сделать их с мамой жизнь лучше. Всё это она пишет в своём письме к Деду Морозу. И вот 31 декабря настоящий волшебник появляется на пороге дома, чтобы исполнить самое главное желание ребёнка.

«Мамы» — российский фильм-альманах 2012 года, снятый под руководством кинокомпании Enjoy Movies. Состоит из восьми киноновелл, поставленных разными режиссёрами. В день 8 марта происходят 8 разных историй с восемью разными мамами. Пётр Фёдоров сыграл в новелле «Напарник». Фильм вышел в прокат 1 марта 2012 года. 24 апреля 2012 года состоялась премьера киноальманаха «Некуда спешить», где Пётр сыграл в новелле «Солярий». 27 сентября вышел фильм «Мужчина с гарантией», в котором Пётр сыграл отрицательную роль. 19 октября на канале «Россия К» состоялась премьера фильма-спектакля «Контракт» (по пьесе С. Мрожека). Главные роли исполнили Ефим Шифрин, Максим Суханов и другие. 22 октября на канале «Россия 1» состоялась премьера мини-сериала «Одесса-мама», где главные роли исполнили Екатерина Гусева, Дмитрий Дюжев, Агния Кузнецова, Пётр Фёдоров, Ольга Смирнова.

«Территория» — полнометражный художественный фильм Александра Мельника, экранизация одноимённого романа Олега Куваева, повествующего об открытии золотоносного месторождения в конце 50-х годов XX века. Пётр Фёдоров сыграл в фильме дядю Костю. В июне 2012 г. кинокомпания «Андреевский флаг» завершила четвёртый этап съёмок. В конце 2012 года съёмочной группе предстояла заключительная экспедиция на Чукотку.

«Сталинград» — полнометражный художественный фильм российского производства. Впервые в России снимался полностью по технологии IMAX 3D. Главные роли исполнили Пётр Фёдоров, Томас Кречманн, Мария Смольникова, Янина Студилина. Съёмочный процесс продолжался с конца мая до 31 июля 2012. Фильм вышел в прокат 10 октября 2013 года. По предварительным данным компании Walt Disney Studios Sony Pictures Releasing (WDSSPR), ответственной за прокат киноленты, «Сталинград» заработал более 1 миллиарда рублей за первые 11 дней проката, став самой кассовой отечественной картиной 2013 года. В сентябре 2013 года фильм был выдвинут от России на соискание премии «Оскар» в номинации «Лучший фильм на иностранном языке».

«Привычка расставаться» — в основе фильма лежит предположение о том, что произойдёт, если девушка в поисках ответа на вопрос, почему не сложилась её личная жизнь, отправится к своим «бывшим». Смогут ли они ответить ей, ведь всё уже далеко в прошлом? Все эти вопросы и ответы — история нынешнего поколения, которое в погоне за «лучшим» и «идеальным» часто просто упускает своё счастье. Этот фильм — прекрасная возможность показать разные точки зрения мужчин и женщин на одни и те же события, столкнуть системы восприятия и тем показать, что нет правых и виноватых. Режиссёр — Екатерина Телегина. Актёры: Алёна Константинова, Полина Филоненко, Пётр Фёдоров, Алексей Филимонов, Александр Петров, Елизавета Боярская. Фильм вышел в российский прокат 26 сентября 2013 года.

Осенью 2012 года в Москве и Лос-Анджелесе проходили съемки фильма «Одноклассники.ru: наCLICKай удачу». Режиссёром уникального кинопроекта стал Павел Худяков. Музыкальным оформлением фильма занимался легендарный Майк Рейган, обладатель премии Grammy. А созданием главной музыкальной темы занимались Тимати и Snoop Dogg. Пётр сыграл в фильме главную роль. Фильм вышел в прокат 12 декабря 2013 года.

Весной 2013 года Пётр принял участие в съемках фильма «Ёлки 3». Съемки новеллы с его участием проходили в Самаре и в Москве. Его партнершами выступили Анна Чиповская и Валерия Стреляева. Фильм вышел в прокат 26 декабря 2013 года и стал самым кассовым фильмом франшизы.

Летом того же года в деревне Скнятиново Ярославской области проходили съемки фильма «Иерей-Сан». Режиссёром выступил Егор Баранов, автор сценария — Иван Охлобыстин. Петр сыграл бывшего спортсмена Петра Ерёмина. Также в съемках приняли участие Петр Мамонов, Кэри-Хироюки Тагава, Игорь Жижикин, Надежда Маркина, Любовь Толкалина и др. Фильм вышел в прокат в 2014 году в двух версиях: в формате полнометражного фильма, который можно будет посмотреть в кинотеатрах, а также в формате четырёхсерийного телефильма. Жанр съемочная группа определяет как «японский православный вестерн».

Осенью-зимой Петр принял участие в съемках фильма Рената Давлетьярова «Чистое искусство». Сценарий картины, которую изначально планировалось назвать «Смертельное искусство», основан на статье в The Sunday Times британского журналиста Марка Франкетти. Девушка Саша обнаруживает своего жениха мертвым и оказывается меж двух огней: бандиты жаждут её крови, а стражи закона подозревают её в причастности к убийству. Пока за неё всё не решили, Саша сама берётся за расследование. Петр сыграл художника Андрея Стольского. Также в съемках приняли участие Анна Чиповская, Илья Любимов, Александр Яценко и др.

Осенью того же года проходили съемки эротического триллера «Саранча». Картина, которая снималась по сценарию Олега Маловичко, представляет собой любовную историю двух молодых людей. Пётр Фёдоров и Паулина Андреева играют возлюбленных, по сложной траектории пришедших к серии кровавых убийств. Авторы называют своих протагонистов «поколением саранчи», которое не умеет ждать и сметает всё на своём пути. Режиссёром картины выступает Егор Баранов, оператор — Юрий Коробейников, продюсер — Александр Цекало. Премьера фильма прошла 25 июня в Доме кино в рамках 36 Московского международного кинофестиваля.

Весной 2014 года в Индии проходили съемки фильма Петра Буслова «Родина». Производство картины осуществляет кинокомпания СТВ. Генеральный продюсер — Сергей Сельянов. За визуальный ряд отвечает оператор Федор Лясс. Пётр сыграл в фильме главную роль. Его партнершей выступила Любовь Новикова. Также в съемках приняли участие Андрей Смоляков, Андрей Мерзликин, Екатерина Волкова, Сергей Бадюк и др. Фильм попытается дать ответ на волнующий многих вопрос «Что же такое патриотизм?» Премьера фильма состоялась в 2015 году.

В мае-июне 2014 года Пётр принял участие в съемках фильма Рустама Ильясова «Вакантна жизнь шеф-повара». Он сыграл журналиста Андрея Телегина, одного из главных героев фильма. Герой Петр подписывает краткосрочный договор с фирмой, предоставляющей своим клиентам возможность пожить чужой жизнью. Он решит влезть в шкуру одного шеф-повара, однако в скором времени он узнает, что и его жизнь, согласно контракту, сдается в аренду. Автор сценария — Рустам Ильясов, оператор — Михаил Милашин, продюсеры — Фёдор Попов и Владимир Малышев. В съемках также приняли участие Виктор Вержбицкий, Алексей Колубков, Екатерина Молоховская, Александр Обласов и др. Премьера фильма ожидается в 2015 году.

В начале июля того же 2014 года в Подмосковье начались съемки римейка по повести Бориса Васильева «А зори здесь тихие…» Картина была приурочена к 70-летию победы в Великой Отечественной войне и вышла в прокат в мае 2015 года. Пётр Фёдоров сыграл старшину Васкова. Также в съемках приняли участие Анастасия Микульчина, Евгения Малахова, Екатерина Вилкова, Дарья Мороз и др.