Родился в 1900 году в Санкт-Петербурге. Происходил из дворянской семьи потомственного военного. Его отец был убит террористом в 1905 году. Обучался в кадетском корпусе в Санкт-Петербурге. В 1918 поступил в Киевскую духовную академию.

Участвовал в Гражданской войне 1917—1922 годов. В 1920 покинул Россию. С Добровольческой армией эвакуировался в Стамбул. В 1923 году переехал в Париж. Женился.

В 1928 году окончил Свято-Сергиевский православный богословский институт в Париже. После защиты докторской диссертации («Достоевский и проблема зла») стал доктором философии и богословия. С 1953 года — профессор нравственного богословия Свято-Сергиевского православного богословского института. Участвовал в работе Русского студенческого христианского движения (РСХД), преподавал во французских школах.

В годы Второй мировой войны участвовал в Движении Сопротивления. В 1941 году стал одним из основателей межконфессионального благотворительного комитета «Объединение помощи беженцам» (CIMADE) во Франции. С 1947 по 1968 годы — директор международного студенческого центра CIMADE в г. Севр. В 1953 году стал одним из организаторов Всемирной федерации православной молодёжи «Синдесмос», был её 1-м президентом.

С 1958 по 1961 год он опубликовал несколько книг по православному богословию.

П. Н. Евдокимов был участником экуменического движения. С 1948 по 1961 годы был преподавателем в Экуменическом институте в Боссэ (Швейцария). С 1967 года — профессор Высшего экуменического института в Париже. Наблюдатель на II Ватиканском соборе (1962-1965). В 1968 году Фессалоникский университет присудил ему степень доктора богословия honoris causa.

Умер во сне 16 сентября 1970 года. Похоронен на русском кладбище Сент-Женевьев-де-Буа под Парижем.