В 1833 г. с отличием окончил его и в звании прапорщика получил направление в лейб-гвардии Финляндский полк, расквартированный в Петербурге. Тяга к рисованию проявилась у Федотова с юных лет. Служа в полку, он постоянно делал портретные наброски своих друзей.

В 1835 г. Федотов начал посещать вечерние классы Академии художеств. Уже в первых его произведениях обнаружился интерес к бытовым сюжетам с элементами сатиры: акварели «Прогулка (Автопортрет с семьёй)», «Уличная сцена во время дождя».

В 1844 г. Павел Андреевич вышел в отставку. Отказавшись от первоначального намерения посвятить себя батальному жанру, Федотов сосредоточил внимание на эпизодах и деталях обыкновенной жизни.

В 1846 г. появилось полотно «Свежий кавалер (Утро чиновника, получившего первый крестик)». Эта картина находится у истоков бытового жанра. В течение следующих двух лет были созданы картины «Разборчивая невеста» (1847 г.) и «Сватовство майора» (1848 г.), которые экспонировались в 1849 г. на выставке в Академии художеств. Достоверность, тонкий юмор, яркая выразительность привлекли внимание посетителей, и автор сразу прославился.

В те же годы Федотов подрабатывал иллюстратором в журнале «Современник» (сатирические зарисовки «Начальник и подчинённые», «Квартальный и извозчик», «Озябшие и продрогшие»). После поездки в Москву в 1850 г. в творчестве художника наступил кризис, спровоцированный постоянными денежными неурядицами и участившимися нападками цензуры.

В его последних произведениях «Вдовушка», «Анкор, ещё анкор!» и «Игроки» (все 1850—1852 гг.) можно почувствовать душевный надлом.

В апреле 1852 г. Федотова поразила тяжёлая психическая болезнь, от которой он так и не сумел оправиться.