Пётр Дмитриевич Павлов, отец академика, окончил семинарию и исправно нес церковную службу. Пётр Павлов был человеком честным и волевым, в отличие от своих братьев. Их обоих звали Иванами: один был церковным служителем, но увлекался кулачным боем. Однажды его подстерегли завистники и смертельно ударили исподтишка свинчаткой. Второй Иван не удержался в священниках и стал бродяжничать. Детей обоих Иванов, своих племянников, воспитывал Пётр Дмитриевич Павлов. Он был опорой и авторитетом для всей большой семьи.

В Рязани отец Пётр был известен как глубоко порядочный, ученый и великодушный человек. В течение двадцати лет он избирался благочинным, его ведению подлежало большинство рязанских церквей и причтов: Духовская церковь, Спаса на яру, Семинарская, Борисоглебская, Николо-Долгошеевская и другие. Пётр Дмитриевич вел наблюдение за состоянием зданий, их внутренним благоустройством, отвечал за правильность богослужения. Пётр Павлов также состоял членом правления Рязанской духовной семинарии, был удостоен звания протоиерея и множества наград: ордена Святой Анны 2-й и 3-й степеней, ордена Святого Владимира 3-й и 4-й степеней.

Внучатый племянник Петра Павлова, Александр Фёдорович, вспоминает, что «моральные и волевые качества, соединенные с житейским умом и тактом, помогли Петру Дмитриевичу добиться признания среди рязанского духовенства». Внешность его Александр описывал так:

Пётр Дмитриевич Павлов вел большое хозяйство, много занимался садоводством. При домах на Никольской улице в Рязани он разбил обширный фруктово-ягодный сад. Свою усадьбу Пётр Павлов содержал в образцовом порядке и был рачительным хозяином. Он заботился о трудовом, физическом и нравственном воспитании пятерых детей, старшим из которых был будущий академик Иван Петрович Павлов. Все его братья и сестра были увлеченными и образованными людьми, в которых отец заложил тягу к знаниям и уважение к книгам.