Peter Alexandrowitsch von Oldenburg war der einzige Sohn von Fürst Alexander von Oldenburg und Eugenie Maximilianowna, geborene Herzogin von Leuchtenberg. Seine Mutter war die Enkelin von Kaiser Nikolaus I. und Eugenie von Beauharnais, dem Stiefsohn Napoleons, während sein Vater ein Ururenkel von Zar Paul I. war.

Im Jahr 1901 heiratete Peter die Tochter von Kaiser Alexander III., die Schwester von Kaiser Nikolaus II., Großfürstin Olga Alexandrowna. Peter und Olga waren Cousins dritten und vierten Grades: Der Vater von Olga, Kaiser Alexander III., war der Vetter von Peters Mutter und der Cousin seines Vaters. Somit hatten die Eheleute zwei gemeinsame Vorfahren, die russischen Kaiser Paul I. und Nikolaus I. Ihre Ehe war kinderlos, unglücklich und hatte ursprünglich einen politischen Charakter. 1916 ließen sie sich scheiden.

Im Rang eines Generalmajors kommandierte Peter ein Regiment der Schützen der Kaiserlichen Familie. Nach den Ereignissen im Februar 1917 trat er in den Ruhestand und ließ sich in seinem Gut in der Provinz Woronesch nieder. Nach der Oktoberrevolution emigrierte er mit seinen Eltern nach Frankreich, wo er in Paris und auf einer Farm bei Bayonne lebte. 1922 heiratete er Olga Wladimirowna Serebrjakowa, geborene Ratkowa-Roschnowa. Peter beschäftigte sich mit Literatur und veröffentlichte unter dem Pseudonym „Peter Alexandrow“ in Paris drei Erzählungen über das Volkleben. Ivan Bunin, der im Exil lebte, hatte oft Kontakt mit Prinz von Oldenburg und schrieb nach seinem Tod an der schnell fortschreitenden Tuberkulose im Jahr 1924 einen Aufsatz über ihn.

Peter Alexandrowitsch ist in der Krypta der Michael-Archangel-Kirche in Cannes begraben.