Павел Петрович Бажов родился в январе 1879 года в посёлке Сысертский завод в семье рабочего Петра Бажова. Детство он провёл в Сысерти, где учился в местной земской школе с 1886 по 1889 год и был замечен директором Александром Машуковым. Павел окончил школу среди лучших учеников. В 1890 году его семья переехала в посёлок Полевской завод, и он поступил в Екатеринбургское духовное училище, где учился до 14 лет. В 1899 году Бажов окончил Пермскую духовную семинарию. В 1907 и 1913 годах преподавал русский язык в Екатеринбургском епархиальном женском училище и духовном училище в Камышлове. Во время летних каникул путешествовал по Уралу, собирая фольклор.

В июле 1911 года Бажов женился на своей ученице Валентине Иваницкой в селе Кашино. У них родилось семеро детей, трое из которых умерли в младенчестве.

До 1917 года Бажов был членом партии эсеров, а с февральской революции поддерживал большевиков. В 1918 году он вступил в РКП(б). В период Гражданской войны он прибыл в Семипалатинскую губернию и Усть-Каменогорск, где занимался организацией подполья и разработкой тактики сопротивления. После переворота в Усть-Каменогорске в июне 1918 года Бажов временно прекратил деятельность, но в январе 1919 года возобновил координацию подполья. В ноябре 1919 года он объединил партизанские отряды в одну силу.

После установления советской власти в Усть-Каменогорске в декабре 1919 года Бажов вышел из подполья и начал организовывать новый Совдеп. В январе 1920 года в город прибыли регулярные силы Красной Армии, и армия Козыря рассеялась. Бажов, действуя под псевдонимом Бахеев Бахметьев, подавил подготовку восстания.

В новом Ревкоме Бажов занял пост заведующего управлением народного образования и профсоюзным бюро. Он стал редактором местной газеты, организовал учительские курсы и школы по ликвидации неграмотности. В 1920 году он участвовал в Первом уездном съезде Советов и возглавил продотряд. В 1921 году Бажов переехал в Семипалатинск, где возглавил губернское бюро профсоюзов.

В конце 1921 года Бажов вернулся на Урал из-за болезни и доносов в Губернском ЧК. Он продолжил журналистскую и литературную деятельность, писал книги по истории Урала и собирал фольклор. В 1924 году вышла его первая книга очерков «Уральские были». В 1933 году его исключили из партии по доносу, но позже восстановили.

В 1936 году в журнале «Красная новь» был опубликован первый уральский сказ «Девка Азовка». В 1939 году вышло первое издание «Малахитовой шкатулки», которое неоднократно пополнялось новыми сказами.

С 1940 года Бажов возглавлял Свердловскую писательскую организацию. Он скончался 3 декабря 1950 года в Москве от рака лёгких и был похоронен в Свердловске на Ивановском кладбище.