Павел Корин родился 7 июля (25 июня по старому стилю) 1892 года в селе Палех в семье потомственных иконописцев. Его отец умер, когда Павлу было 8 лет. В 1903–1907 годах Павел учился в Палехской иконописной школе у Е.И. Стягова, после окончания которой он был принят учеником в московскую иконописную палату Донского монастыря, которой руководил К.П. Степанов. В 1911 году двум ученикам Иконописной палаты – Корину и Хвостенко – поручили выполнить копии с эскизов М.В. Нестерова (эскизы росписей Покровского собора Марфо-Мариинской обители). Нестеров оценил работу Корина и пригласил его стать помощником в росписи собора.
По настоянию М.В. Нестерова в 1912 году Павел поступил в Московское училище живописи, ваяния и зодчества. Его учителями были К.А. Коровин, С.В. Малютин и Л.О. Пастернак, однако главными его учителями явились А.А. Иванов и М.В. Нестеров.
После окончания училища в 1916 году, и в соответствии с пожеланиями великой княгини Елизаветы Фёдоровны, Павел отправился в Ярославль и Ростов изучать фрески древних русских церквей.
В феврале 1917 года Павел поселился в мансарде дома № 23 на Арбате, где где организовал и работал в собственной мастерской до 1934 года. Здесь его посетил Максим Горький, который выхлопотал для него у советского правительства поездку в Италию. В 1918–1919 годах Павел преподавал живопись и рисунок (сначала как ассистент С.В. Малютина, а затем самостоятельно) в Государственных свободных художественных мастерских, созданных на базе реорганизованного Московского училища живописи, ваяния и зодчества. С 1919 по 1922 год он работал в анатомическом театре 1-го Московского государственного университета, желая в совершенстве овладеть искусством построения человеческой фигуры. Параллельно он выполнял в Музее изящных искусств рисунки с классических образцов античной скульптуры. Вместе с В.В. Маяковским Павел работал в Окнах сатиры РОСТА, писал революционные лозунги, рисовал плакаты, участвовал в оформлении праздничного убранства улиц. Панорамный пейзаж был излюбленный жанром в его живописи. В творческом наследии Павла пейзажи Италии, средней полосы России и Крыма. Во время похорон патриарха Тихона в Донском монастыре в 1925 году у Павла возник замысел создания многофигурной композиции, олицетворяющей образ Русской православной церкви. Многотысячный поток верующих вдохновил его на картину «Реквием», которая воплотила бы Святую Русь в период трагических перемен. Для создания масштабного полотна Павел в течение десяти последующих лет писал портреты-типажи – «Отец и сын» (1930), «Нищий» (1933), «Игуменья» (1935), «Митрополит» (будущий патриарх Сергий, 1937) и другие. В ходе этой работы формировалась самобытная манера письма Корина. Акварель «В мастерской художника» была приобретена в собрание Третьяковской галереи (1927), что явилось первым общественным признанием таланта Павла Дмитриевича. В 1933 году Павел переехал в мастерскую на Малой Пироговской улице (дом № 16), где жил и работал до конца жизни и где теперь расположен Дом-музей П.Д. Корина. С 1935 по 1937 год он создал общий эскиз своего будущего грандиозного полотна «Русь уходящая. Реквием».
Во время Великой Отечественной войны Павел оставался в Москве. В 1942 году он руководил бригадой реставраторов, восстанавливавших плафон и фойе Большого театра. Воодушевленный борьбой народа, Корин создаёт триптих «Александр Невский» (1942–1943) и мозаику на станциях метро Комсомольская–кольцевая, «Смоленская» и «Павелецкая» (1953), витражи станции «Новослободская». В 1939–1943 годах по заказу Комитета по делам искусств он пишет цикл портретов деятелей советской культуры: М.В. Нестерова, А.Н. Толстого, В.И. Качалова. До 1959 года Павел возглавлял реставрационную мастерскую Музея изобразительных искусств им. А.С. Пушкина, руководил реставрацией полотен Дрезденской галереи. Во Владимирском соборе Киева он реставрировал фрески и лично восстанавливал роспись В.М. Васнецова и М.В. Нестерова. В послевоенные десятилетия Корин завершил композиционный эскиз картины «Русь уходящая. Реквием» (1959). Павел Корин был членом Союза художников СССР, член-корреспондент (1954) и действительный членом Академии художеств СССР (1958). В 1958 году ему было присвоено звание Народный художник РСФСР, а в 1962 году – Народный художник СССР. В 1960–1964 годы Павел был художественным руководителем Государственной центральной художественной реставрационной мастерской (ныне Всероссийский художественный научно-реставрационный центр им. И.Э. Грабаря), занимался активной преподавательской деятельностью в Московском художественном институте им. В.И. Сурикова (профессор).
Павел Корин принимал участие в выставках «Великая Отечественная война» (1942) и «Героический фронт и тыл» (1943). Его персональные выставки состоялась в Москве (1963) и в Нью-Йорке (1965).
Работы Павла Корина находятся в Доме-музее П.Д. Корина в Палехе и в Доме-музее Павла Корина в Москве.
Павел Корин скончался 22 ноября 1967 года в Москве от инфаркта. Похоронен на Новодевичьем кладбище (уч. 1).
