Народився 7 травня 1840 р. в селищі при Камсько-Воткінському заводі (нині місто Воткінськ,
Удмуртія) в родині гірничого інженера. У 1850 р. сім'я переїхала в Петербург, і Чайковський вступив в Училище правознавства, яке закінчив у 1859 р.
Він отримав чин титулярного радника і місце в Міністерстві юстиції. Але любов до музики виявилася сильнішою - 1862 р. юнак склав іспити в тільки що відкрився тоді Петербурзьку консерваторію. У 1863 р. він залишив службу, а після закінчення зі срібною медаллю консерваторії (1866 р.) був запрошений зайняти посаду професора Московської консерваторії.
У 1866 р. Чайковський написав Першу симфонію («Зимові мрії»), в 1869 р. - оперу «Воєвода» і увертюру-фантазію «Ромео і Джульєтта», в 1875 р. - знаменитий Перший фортепіанний концерт, в 1876 р. - балет «Лебедине озеро».
В кінці 70-х рр. композитор пережив важкий душевний криза, пов'язаний з невдалим шлюбом, в 1878 р. залишив викладання. Тим не менше саме в цей рік було створено одне з кращих його творів - опера «Євгеній Онєгін» на сюжет А. С. Пушкіна.
Справжньою вершиною стала опера «Пікова дама» (1890), також на сюжет Пушкіна. У 1891 р. Чайковський написав свою останню оперу «Іоланта». Складав він і музику до балетів: «Спляча красуня», 1889; «Лускунчик», 1892 р. Зліт Чайковського - симфоніста явлений в його Шостій симфонії (1893).
Постійно звертався композитор і до малих форм. Він автор 100 романсів, які є перлинами вокальної лірики, а також більш ніж 100 фортепіанних п'єс (у їх числі цикли «Пори року», 1876 р., і «Дитячий альбом», 1878 р.). Творчість Чайковського було високо оцінено ще за життя - в 1885 р. він був обраний директором Російського музичного товариства, у 1892 р. став членом-кореспондентом французької Академії образотворчих мистецтв у 1893 р. - почесним доктором Кембриджського університету.
Останні роки життя Петро Ілліч провів в Клині під Москвою, де в 1892 р. придбав будинок (з 1894 р. музей композитора).
Помер 6 листопада 1893 р. в Петербурзі