Павел Федотов родился в семье Андрея Илларионовича Федотова, служившего в армии во времена Екатерины II, получившего при выходе в отставку чин поручика и дворянство, и его жены Натальи Алексеевны Калашниковой. В 11 лет отец определил сына в Первый Московский кадетский корпус. Там Павла, благодаря хорошим способностям и примерному поведению, в 1830 году произвели в унтер-офицеры, в 1832 – в фельдфебели. В свободное от учёбы время кадет Федотов увлекался рисованием. Первыми его рисунками были карикатуры на товарищей, самого себя, корпусное начальство. В 1832 году окончил курс с отличием. 13 декабря 1833 года произведён в прапорщики и направлен в лейб-гвардии Финляндский полк в Санкт-Петербурге, в котором прослужил 10 лет.

Параллельно Павел стал посещать вечерние уроки рисования в Императорской Академии художеств. В свободное от службы время рисовал портреты своих сослуживцев, сцены полковой жизни и карикатуры. Хорошо зная черты лица и фигуру великого князя Михаила Павловича (четвёртый сын Павла I), Федотов рисовал его портреты, которые охотно покупали продавцы картин и эстампов. Летом 1837 года великий князь, вернувшийся в Санкт-Петербург из-за границы после лечения, посетил Красносельский лагерь. Встречу великого князя с военными Федотов «запечатлел в акварельной картине». Для ее создания он впервые за всё время службы получил отпуск и был пожалован бриллиантовым перстнем. Картиной «Встреча в лагере Финляндского полка», по словам Федотова, «окончательно пропечаталось в его душе артистическое самолюбие». Затем он начал картину «Освящение знамён в Зимнем Дворце, обновлённом после пожара». Федотов решился представить картину великому князю, который показал её своему августейшему брату. Николай I велел «предоставить рисующему офицеру добровольное право оставить службу и посвятить себя живописи с содержанием по 100 рублей ассигнациями в месяц».

Федотов подал прошение об отставке. 3 января 1844 года был уволен со званием капитана и правом носить военный мундир. На скудную пенсию нужно было содержать свою семью, нанимать натурщиков, покупать материалы и пособия для работы. В этот период художник увлекся творчеством фламандских и голландских мастеров Адриана ван Остаде, Давида Тенирса Младшего, Адриана Брауэра.
Академическая выставка 1848 года представила художнику, кроме почёта и известности, улучшение материального положения. В дополнение к пенсии государственного казначейства, ему добавили по 300 руб. в год из суммы, ассигнуемой кабинетом Его Величества на поощрение достойных художников. Осенью 1849 года на выставке в Академии художеств были представлены три картины Павла Федотова: «Свежий кавалер», «Разборчивая невеста» и «Сватовство майора». Все они имели колоссальный успех.
За картину «Сватовство майора» Павел Федотов получил звание академика. Зимой 1849 года Павел Федотов отправился в Москву. Его отец серьезно заболел, а беременная вторым ребенком сестра лишилась мужа. Художник организовал выставку своих работ. Туда вошла уже знаменитая «Разборчивая невеста» и эскизы, которые он делал в альбомах на протяжении многих лет: «Мышеловка», «Художник в старости» и другие. Из желающих увидеть картины выстроилась очередь.