Учился в Петербургской театральной школе, сначала в классе балетмейстера Дидло, затем в драматическом отделении. Артистическую карьеру начал исполнением ролей любовников в драме и комедии (1823), но его влекло к водевилю, которому вскоре он посвятил себя и как писатель. Был занят в комедийных и водевильных ролях: Загорецкий («Горе от ума»), Замухрышкин («Игроки» Н. В. Гоголя), Фон Фонк («Холостяк» И. С. Тургенева). Играл в своих водевилях — Сен-Феликс («Чудак-покойник, или Таинственный ящик»), Клейстер («Булочная») и др. Белинский писал о Каратыгине: «талант односторонний, годный не для многих ролей, но тем не менее весьма замечательный» (Собр. соч., т. VIII, стр. 534). Роль Загорецкого (на первых порах Каратыгин играл в «Горе от ума» Репетилова) создана им ещё в грибоедовское время и послужила началом его успеха.

А. С. Грибоедов Акварельный портрет работы П. А. Каратыгина

Немало острот Каратыгина перешло в жаргон петербуржцев. Сохранилось множество анекдотов о его остроумных ответах и экспромтах. С конца 1850-х годов Каратыгин как актёр стушевывается; его симпатии были на стороне традиций классического вкуса, и он недолюбливал бытовой репертуар, отдавая предпочтение Мольеру, Бомарше, Шеридану, Гольдони.

Время заведования Каратыгиным драматическим классом Петербургской театральной школы (1832–1838) было наиболее блистательной эпохой этого учреждения. Каратыгин угадал в юном Мартынове-декораторе будущий талант и перевёл его в драматический класс. Обучал А. М. Максимова, С. Я. Марковецкого, П. К. Громову и других известных в будущем актёров.

С 1872 по 1879 гг. Каратыгин помещал в «Русской старине» интересные и важные для истории театра «Воспоминания» о той поре, в которой жил и действовал. Свои пьесы он предоставлял антрепренёрам даром, отказавшись вступить в общество драматических писателей.

Первая жена — Любовь Осиповна Дюрова (Дюр).