Родился в семье военного инженера. Отец — Николай Николаевич Лукницкий (1876—1951), инженер-генерал-майор, в советское время — преподаватель Военно-инженерной академии РККА, затем — Высшего инженерно-технического училища, активный участник строительства ряда крупнейших гидроэнергетических объектов в СССР, член-корреспондент Академии архитектуры. Мать — Евгения Павловна, урождённая Бобровская (1879—1940), дочь военного историка, генерала и сенатора П. О. Бобровского, художник по фарфору, одна из первых женщин-автомобилисток в Петербурге.

Павел Лукницкий учился в Ленинградском институте живого слова (1922—1924), окончил литературно-художественное отделение факультета общественных наук ЛГУ (1925).

Писать стихи начал с 1922 года, первый поэтический сборник выпустил в 1927 г. В ранней лирике ощутимо влияние акмеизма, верность которому Лукницкий сохранял всю жизнь.

В 1924—1929 гг. входил в ближайший круг друзей Анны Ахматовой и был её доверенным лицом, в этот период почти ежедневно вёл дневник, описывал жизнь и окружение поэтессы. В дальнейшем эти записи легли в основу книги «Акумиана — встречи с Анной Ахматовой», изданной лишь в 1990-е годы.

Анна Ахматова с сыном и свекровью, середина 1920-х годов

При содействии Ахматовой написал курсовую работу «Труды и дни Николая Гумилёва» (1925), стал первым его биографом. Собрал уникальную коллекцию рукописных материалов поэтов Серебряного века, которая была передана в Пушкинский дом семьёй Лукницкого в 1997 году.

В 1925—1929 годах был в поездках по Крыму, Кавказу и Туркмении. С 1930 г. участвовал во многих экспедициях по Памиру; этот район и стал с тех пор темой его творчества. В одной из экспедиций открыл несколько пиков, в том числе пик Маяковского. После смерти Павла Николаевича один из пиков на Памире был назван в его честь. В 1930 году Г. Л. Юдин, А. В. Хабаков и Павел Лукницкий открыли Ляджвардаринское лазуритовое месторождение. Участвовал в боях, корреспондентом на фронте 23-й Армии под Сестрорецком, дважды контужен.

В Ленинграде жил на проспекте Щорса, позже — на канале Грибоедова, дом № 9.

После войны жил в Москве, но долгое время ежегодно уезжал в Среднюю Азию. С 1958 года — член ревизионной комиссии СП РСФСР. Заслуженный работник культуры Таджикской ССР (1970).

Послужил прототипом персонажа Миши Котикова из романа К. Вагинова «Козлиная песнь».

Награждён орденом «Красной Звезды» (1945) и медалью «За оборону Ленинграда».

Скончался в Москве. Похоронен в Санкт-Петербурге на Серафимовском кладбище (6 уч.).