Павел Степанович Мочалов родился 3(15) ноября 1800 года в Москве, в семье крепостных актеров — Степана Федоровича и Авдотьи Ивановны Мочаловых. Родители вступали в брак крепостными. Сын начинал жизнь вольным.
Судьба одарила его редкой памятью. Едва овладев речью, он повторял за матерью длинные молитвы и строчки Евангелия. Стихи запоминал без усилий. Театральная среда, в которой родился и вырос Павел, определила его жизненный путь. Отец, известный актер-трагик московского театра, стал его первым учителем сценического искусства.
4 сентября 1817 года Павел Мочалов впервые появился на сцене Московского театра в роли Полиника в трагедии В.А. Озерова "Эдип в Афинах". Дебют прошел успешно. "Мочалов играл великолепно, рукоплескания не прекращались, триумф был полный", — писал А.А. Стахович. Вскоре он был зачислен в труппу Московского Императорского театра.
За Полиником последовали другие роли, их было множество. В первые годы актер играл в трагедиях Вольтера, В.А. Озерова, комедиях А.А. Шаховского.
Игра Мочалова была неровной. Князь Шаховской говорил: "Он только тогда и хорош, когда не рассуждает, и я всегда прошу его об одном, чтобы он не старался играть, а старался не думать только, что на него смотрит публика. Это гений по инстинкту, ему надо выучить роль и сыграть; попал — так выйдет чудо, а не попал — так выйдет дрянь".
С 1824 года актер служит в Малом театре.
Расцвет таланта Мочалова приходится на 1830—1840е гг. С его деятельностью было связано утверждение прогрессивного, демократического направления в русском театре. Консервативная критика не приняла искусства Мочалова, противопоставив ему петербургского трагика В. А. Каратыгина. Со 2-й половины 20-х гг. в репертуаре Мочалова значительное место заняла романтическая драма: Кин ("Кин, или Гений и беспутство" Дюма - отца, 1835) и др.; он выступал в переделках для сцены романтических поэм Пушкина ("Керим Гирей, крымский хан" по мотивам "Бахчисарайского фонтана", 1827).
Особенно много Мочалову приходилось играть в мелодраме, часто шедшей в то время на русской сцене. Большой успех имел он в ролях Жоржа де Жермани ("Тридцать лет, или Жизнь игрока" Дюканжа, 1829), Мейнау ("Ненависть к людям и раскаяние" Коцебу, 1826) и др.
Свои лучшие роли Мочалов создал в произведениях Шекспира и Шиллера: Отелло (1837), Гамлет (1837), Король Лир (1839), Ричард III (1839), Ромео (1841), Карл Моор (1828) и Франц Моор (1844), Фердинанд (1829), Миллер (1842, "Коварство и любовь"), Дон Карлос (1829); Мортимер (1835, "Мария Стюарт").
Мочалов настойчиво добивался возможности сыграть увлекавшую его роль Арбенина в "Маскараде" Лермонтова, но цензура не разрешила постановку этой пьесы.
В 1831 году на сцене Малого театра была поставлена комедия А.С. Грибоедова "Горе от ума". Мочалов сыграл роль Чацкого, и все его категорически не приняли, сочли, что он играл "трезвого Репетилова". В игре Мочалова звучали гневный сарказм, негодование против фамусовской Москвы, он ярко раскрывал трагичность судьбы передового, мыслящего человека в условиях крепостнической России.
22 января 1837 Мочалов сыграл в свой бенефис роль Гамлета. Мочалов активизировал образ Гамлета, придал ему, по словам Белинского, "...гораздо более силы и энергии, нежели сколько может быть у человека, находящегося в борьбе с самим собою и подавленного тяжестью невыносимого для него бедствия, и дал ему грусти и меланхолии гораздо менее, нежели сколько должен ее иметь шекспировский Гамлет". Эта интерпретация образа Гамлета, героически отстаивающего человеческое достоинство против сил зла, эгоизма, пошлого практицизма, приобретала в обстановке тех лет глубоко прогрессивное значение.
Белинский посвятил разбору его ролей — Гамлета и Отелло — большие статьи "«Гамлет», драма Шекспира Мочалов в роли Гамлета" и "Павел Степанович Мочалов". Великий критик писал: "…дарование [Мочалова] мы, по глубокому убеждению, почитаем великим и гениальным". "Он, Мочалов, умеет объяснять, и кто хочет понять Шекспирова Гамлета, тот изучай его не в книгах и не в аудиториях, а на сцене Петровского театра! ".
А вот иной отзыв Белинского: "…невозможно себе представить, до какой степени мало воспользовался Мочалов богатыми средствами, которыми наделила его природа! Со дня вступления на сцену, привыкши надеяться на вдохновение, всего ожидать от внезапных и вулканических вспышек своего чувства, он всегда находился в зависимости от расположения своего духа: найдет на него одушевление — и он удивителен, бесподобен; нет одушевления — и он впадает не то чтобы в посредственность — это бы еще куда ни шло, — нет, в пошлость и тривиальность".
Столь различные оценки великого критика говорят о том, что талант Мочалова "действительно стоял далеко за чертою обыкновенного".
В сороковых годах все чаще появляются записи о мочаловских запоях, об отмене спектаклей, ссорах с дирекцией. От Мочалова уходят роли. Однажды в приезд государя он должен был выступать в роли Чацкого, но вместо этого пил где-то за городом. В спектакль был срочно введен Иван Самарин.
17 января 1841 года в Большом театре, в свой бенефис, 40-летний Мочалов играет премьеру "Ромео и Юлия" в переводе Каткова. Спектакль проходит с успехом. Тем не менее , Павел Степанович пишет Грановскому: "Я — человек конченый, и как артист тоже".
В более поздний свой бенефис (1845) Мочалов вывел в первый раз на сцену дочь Екатерину Павловну в "Коварстве и любви", в роли Луизы, а сам дебютировал в роли музыканта Миллера (отца Луизы). М.С. Щепкин, также участвующий в спектакле, говорил позже, что рыдал на сцене от пронзительной игры Мочалова.
Мочалов-трагик бессменно тридцать лет занимал первое амплуа и переиграл огромное число ролей. Из переводных мелодрам в его репертуаре главное место занимали пьесы Коцебу, из русских — Шаховского, Полевого, Ободовского и Кукольника. Приходилось ему играть главные роли и в комедиях — например, Альмавиву в "Севильском цирюльнике" и Чацкого — в "Горе от ума".
Век Мочалова был короток. Гибель пришла нелепо. Коляска его по пути в Москву из Воронежа провалилась под ломкий лед. Павел Степанович вымок. Пил всю дорогу водку — вина уже не было, заедал ее снегом. Приехал в Москву совершенно больной.
Умер Мочалов 16 марта 1848 года. Ему было всего 48 лет. Москва торжественно проводила своего любимца на вечный могильный покой. Когда посте отпевания в Храме Николая Большой Крест на Ильинке вынесли гроб, его перехватили студенты университета и несли на руках до Ваганьковского.
"В мире искусства Мочалов пример поучительный и грустный, — писал Белинский в некрологе. — Он доказал собою, что одни природные средства, как бы они ни были огромны, но без искусства и науки доставляют торжества только временные…"