Павел Нахимов родился 23 июня (5 июля) 1802 года в сельце Городок Спас-Волжинской волости Вяземского уезда Смоленской губернии. Был седьмым из 8 детей небогатого помещика, секунд-майора Степана Михайловича Нахимова и Феодосии Ивановны Нахимовой (в девичестве Козловская).
Кроме Нахимова его родители имели ещё четырёх сыновей. Все братья Нахимова были профессиональными моряками. Один из них — Платон Степанович Нахимов — капитан II ранга, смотритель Шереметьевской больницы в Москве.
1813 — подал заявление в Морской кадетский корпус, но из-за нехватки мест поступил туда только через 2 года.
С мая по сентябрь 1817 года вместе с другими кадетами, в числе которых были В. И. Даль, П. М. Новосильцев и А. П. Рыкачёв, Павел Степанович ходил в плавание на бриге «Феникс». Корабль заходил в Стокгольм, Копенгаген, Карлскрону.
1818 — под командой Лазарева М. П. совершил в 1822—1825 гг. кругосветное плавание на фрегате «Крейсер». Во время плавания был произведён в лейтенанты.
1827 — отличился в Наваринском сражении, командовал батареей на линейном корабле «Азов» под командованием Лазарева М. П. в составе эскадры адмирала Л. П. Гейдена; за отличие в сражении был награждён 21 декабря 1827 г. орденом св. Георгия IV класса за № 4141 и произведён в капитан-лейтенанты.
1828 — вступил в командование корветом «Наварин», трофейным турецким кораблём, носившем ранее имя «Нассабих Сабах». Во время русско-турецкой войны 1828—29, командуя корветом, в составе русской эскадры блокировал Дарданеллы.
С 1830 года, по возвращении в Кронштадт, несёт службу на Балтике, продолжая командовать кораблём «Наварин».
В 1831 году назначен командиром фрегата «Паллада».
Прибыв в Николаев, Нахимов получает многообещающее назначение командиром на строящийся линейный корабль «Силистрия». С 1834 года служил в Черноморском флоте, командиром линейного корабля «Силистрия».
1845 — произведён в контр-адмиралы и назначен командиром бригады кораблей.
1852 — вице-адмирал, назначен начальником флотской дивизии.
Во время Крымской войны, командуя эскадрой Черноморского флота, Нахимов в штормовую погоду обнаружил и заблокировал главные силы турецкого флота в Синопе, и, умело проведя всю операцию, 18 (30 ноября) разгромил их в Синопском сражении 1853 года.
25 февраля (9 марта) 1855 назначен командиром Севастопольского порта и временным военным губернатором города; в марте произведен в адмиралы. В период Севастопольской обороны 1854—55 гг. проявил стратегический подход к обороне города. В Севастополе Нахимов хотя и числился командиром флота и порта, но с февраля 1855 года, после затопления флота, защищал, по назначению главнокомандующего, южную часть города, с удивительной энергией руководя обороной и пользуясь величайшим нравственным влиянием на солдат и матросов, звавших его «отцом-благодетелем».
28 июня (10 июля) 1855 года, во время одного из объездов передовых укреплений, был смертельно ранен пулей в голову на Малаховом кургане. Скончался 30 июня 1855 года. Похоронен в склепе Владимирского собора в г. Севастополе.