Родился 1 января 1957 г. в Красноярске.
В 1978 г. окончил Алма-Атинское высшее общевойсковое командное училище, в 1990 г. - Военную академию им. М. В. Фрунзе (ныне Военный учебно-научный центр Сухопутных войск "Общевойсковая академия Вооруженных Сил Российской Федерации").
В 1978-1986 гг. служил на командных должностях в Группе советских войск в Германии.
С 1986 по 1990 г. был командиром мотострелкового батальона в Дальневосточном военном округе.
В 1990-1993 гг. занимал должность начальника штаба – заместителя командира отдельного механизированного полка гражданской обороны Среднеазиатского военного округа.
С 1993 по 1996 г. - командир 493-го отдельного механизированного полка гражданской обороны Восточно-Сибирского регионального центра МЧС России.
В период с 1996 по 1999 г. возглавлял Восточно-Сибирский региональный центр МЧС России.
В 1999-2004 гг. был начальником Сибирского регионального центра МЧС России.
В 2004-2008 гг. - начальник Академии гражданской защиты МЧС России.
С 2008 по 2013 г. - заместитель министра РФ по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (ведомство до мая 2012 г. возглавлял Сергей Шойгу, затем - Владимир Пучков).
В 2013 г. перешел в Министерство обороны РФ, был помощником главы ведомства Сергея Шойгу.
С 7 ноября 2013 г. по 17 июня 2024 г. - заместитель министра обороны РФ. Курировал главное управление научно-исследовательской деятельности и технологического сопровождения передовых технологий, департамент информационных систем и главный научно-исследовательский испытательный центр робототехники Минобороны.
29 августа 2024 г. Павел Попов был задержан по подозрению в мошенничестве и арестован решением 235-го гарнизонного военного суда. По версии следствия, в 2021–2024 гг. Попов, отвечая за развитие, обслуживание и работу парка "Патриот", обогащался за его счет, действуя совместно с директором парка Вячеславом Ахмедовым и заместителем начальника главного управления инновационного развития Минобороны РФ Владимиром Шестеровым, которые ранее были привлечены к уголовной ответственности.
Генерал армии (2015). Был уволен с военной службы указом президента РФ от 17 июня 2024 г.
Награжден орденами "За заслуги перед Отечеством" IV степени, Александра Невского, Почета, "За военные заслуги", "За службу Родине в Вооруженных Силах СССР" III степени, медалью ордена "За заслуги перед Отечеством" II степени и др.
Лауреат Государственной премии РФ им. маршала Советского Союза Г. К. Жукова в области военной науки (2015).