Павел Ренненкампф родился 29 апреля 1854 года в имение Конофер, Эстония. Службу начал 13 мая 1870 года унтер-офицером в 89-м пехотном Беломорском полку. В 1873 году окончил Гельсингфорское пехотное юнкерское училище, откуда выпущен корнетом в 5-й уланский Литовский полк. Затем учился в Николаевской академии Генерального штаба по 1-му разряду.
С 1882 по 1884 год Ренненкампф являлся обер-офицером для поручений при штабе 14-го армейского корпуса. С сентября 1886 года состоял в распоряжении начальника штаба Варшавского военного округа, а с ноября состоял для поручений при штабе Казанского военного округа. В 1888 году стал старшим адъютантом войскового штаба войска Донского. В следующем году занял должность штаб-офицером для особых поручений при штабе 2-го армейского корпуса.
В 1890 году Павел Карлович получил чин полковника и назначен начальником штаба Осовецкой крепости. С апреля по октябрь 1892 года состоял при 41-м драгунском Ямбургском полку. В этот период являлся начальником штаба 14-й кавалерийской дивизии. С декабря 1895 года находился в должности командира 36-го драгунского Ахтырского полка. В ноябре 1899 года стал начальником штаба войск Забайкальской области. В 1900 году произведен в генерал-майоры. Принимал участие в подавлении боксерского восстания в Китае. С 1901 года являлся начальником 1-й отдельной кавалерийской бригады.
В русско-японскую войну Павел Ренненкампф командовал Забайкальской казачьей дивизией. За боевые отличия произведен в генерал-лейтенанты. Под Ляояном в ходе рекогносцировки японских позиций 30 июня 1904 года тяжело ранен в ногу пулей с раздроблением голени левой ноги. Через два с небольшим месяца вернулся в войска, не долечив рану. В ходе Мукденского сражения возглавлял Цинхеченский отряд, на левом фланге Манчжурской армии, командуя которым проявил большое упорство, что в совокупности с направленными подкреплениями позволило остановить наступление армии генерала Кавамуры.
В 1906 году Ренненкампф командовал специальным сводным отрядом, с которым, следуя на поезде из Харбина, восстановил сообщение Маньчжурской армии с Западной Сибирью, разгромив силы мятежников в полосе железной дороги и наведя порядок в Чите. в октябре на него совершено покушение. В 1912 году стал генерал-адъютантом, получил назначение командующим войсками Виленского военного округа.
С началом Первой мировой войны Павел Карлович Ренненкампф получил командование 1-й армией Северо-Западного фронта во время Восточно-Прусской операции 1914 года. Его войска перешли границу Восточной Пруссии, а уже через три дня нанесли поражение 8-й германской армии генерала М. фон Притвица в битве при Гумбиннене. После битвы по приказу генерала Жилинского повел наступление на Кенигсберг, а не на соединение со 2-й армией. Это позволило немецким войскам выйти из-под удара, перегруппироваться и контратаковать, что послужило одной из главных причин последующего поражения 2-й армии в битве при Танненберге.
После того как на юге провинции в Танненбергском сражении потерпела поражение 2-я русская армия, армия Ренненкампфа заняла оборону по линии Дейма, Алле и Мазурских озер. Противник обрушился на левый фланг 1-й армии. Главнокомандующий фронтом, вопреки обещаниям, не сумел обеспечить поддержку 1-й русской армии со стороны других соединений, а потому генералу пришлось спешно отступать. Во время Лодзинской операции из-за ошибок и нерешительности командующего Северо-Западным фронтом генерала Рузского войскам 1-й армии не удалось остановить прорывающуюся из окружения немецкую ударную группу генерала Рейнгольда фон Шеффера-Бояделя, что вызвало конфликт между генералами.
В результате Павел Карлович отстранен от командования армией 18 ноября, одновременно назначен в распоряжение военного министра. Уволен в отставку 6 октября 1915 года «по домашним обстоятельствам с мундиром и пенсией». После Февральской революции арестован и помещен в Петропавловскую крепость. Находился под следствием Чрезвычайной следственной комиссии, но по результатам следствия фактов для обвинения собрано не было.
Павел Ренненкампф освобожден большевиками после Октябрьской революции из Петропавловской крепости вместе с некоторыми другими генералами, арестованными Временным правительством, и уехал в Таганрог, на родину своей жены, где жил под именем мещанина Смоковникова. При захвате города большевиками скрылся под именем греческого подданного Мандусакиса. Выслежен, опознан и по личному указанию Антонова-Овсеенко 3 марта привезен в штаб к красным. Тотчас ему предложили либо принять командование над армией красных, либо расстрел. Генерал отказался от предложения.
В ночь на 1 апреля 1918 года генерал Павел Карлович Ренненкампф вывезен за город, и после пыток, убит у Балтийской железнодорожной ветки.
Орден Святого Станислава III степени
Орден Святой Анны III степени
Орден Святого Станислава II степени
Орден Святой Анны II степени
Орден Святого Владимира IV степени
Орден Святого Георгия IV степени
Орден Святого Георгия III степени
Орден Святого Владимира III степени
Орден Святого Станислава I степени с мечами
Золотое оружие, бриллиантами украшенное с надписью «За храбрость»
Золотое оружие «За храбрость»
Орден Святой Анны I степени
Орден Святого Владимира II степени с мечами
Иностранные:
шведский Орден Меча
австрийский Орден Железной короны