Родился в Москве в бедной, рабочей, многодетной семье.

Учился в городской приходской школе. Окончил с отличием.

Переехал в Петербург. Жил у старшей сестры Александры, вышедшей замуж за Александра Андреевича Гуэ (1855–1919).

Учился в малярно-живописной мастерской при школе Общества поощрения художеств. Работал „по малярно-живописному делу“.

Посещал вечерние рисовальные классы школы Общества поощрения художеств.

Окончил малярно-живописную мастерскую, получив диплом маляра-уборщика.

Сделал первую, но неудачную попытку поступить в Академию художеств. Осенью был принят в класс натурного рисунка Общества поощрения художеств.

Учился в частной мастерской академика Л.Е. Дмитриева-Кавказского.

Посетил паломником Афон (Греция), Палестину, Новый Афон.

Был вольнослушателем в Академии художеств (у Г.Р. Залемана, В.Е.Савинского, Г.Г. Мясоедова, Я.Ф. Ционглинского).

Утверждено петербургское общество художников  „Союз молодежи“. Филонов был среди его членов-учредителей. Впервые экспонировал свои произведения на выставке Союза молодежи в Петербурге.

Состоялась выставка „Бубновый валет“, организованная М. Ларионовым (Москва).

На „Международной художественной выставке“ в салоне В. Издебского (Одесса) впервые в России демонстрировались абстрактные работы В. Кандинского.

Участвовал во второй выставке Союза молодежи.

Состоялись спектакли, организованные Союзом молодежи — „Трагедия Владимир Маяковский“. Декорации Филонова и Школьника. Н. Бурлюк выступил с докладом „П.Н.Филонов — завершитель психологического интимизма“ (Петербург, Троицкий театр).

Участвовал в последней выставке Союза молодежи (Петербург).

Вышел из печати сборник „Рыкающий Парнас“ с иллюстрациями Филонова, запрещенный цензурой.

Вышла из печати книга Филонова „Пропевень о проросли мировой“ (Петербург).

Был мобилизован и направлен на Румынский фронт. После Февральской революции был избран солдатами председателем Военно-революционного комитета Балтийской дивизии.

Возвратился в Петроград и передал товарищу Н.И. Подвойскому знамена трех полков Балтийской дивизии. Поселился в доме сестры Екатерины Николаевны на Старопетергофском пр., 44, вернулся к занятиям живописью.

Участвовал в  „Выставке московских футуристов“, Тифлис.

Участвовал в  „Первой государственной свободной выставке“ в Зимнем дворце. Показал картины под общим названием  „Ввод в мировый расцвет“.

Опубликовал в журнале  „Жизнь искусства“ (№№ 20) «Декларацию  „Мирового расцвета“». В этом же номере журнала были помещены манифесты К. Малевича, М. Матюшина и П. Мансурова.

Выступил на музейной конференции (Петроград) с докладом, в котором  „от группы левых художников“ предложил преобразовать Музей художественной культуры в „Институт исследования культуры современного искусства“.

Участвовал в VI выставке Общины художников.

Вел занятия с учениками в помещении Академии художеств.

В Академии художеств состоялась трехдневная выставка работ группы Филонова.

Состоялась „Выставка мастеров аналитического искусства. Школа Филонова“ в ленинградском Доме печати.

В Доме печати состоялась постановка „Ревизора“ Н. В. Гоголя. Режиссер И. Терентьев, декорации и эскизы костюмов работы учеников Филонова.

Работы Филонова включены в экспозицию новейших течений Русского музея, организованную Н. Пуниным.

В залах Русского музея была развернута персональная выставка Филонова, открытие которой не состоялось.

Состоялся под председательством С. К. Исакова общественный просмотр закрытой выставки Филонова. Большинство участников-рабочих высказались за открытие выставки.

Состоялся общественный просмотр закрытой выставки Филонова в Русском музее, на котором большинство участников высказались за ее открытие.

Редкие заработки по искусству от заказов, оформленных при помощи Н.Н. Глебова, мужа Евдокии Николаевны, сестры Филонова, на П. Э. Серебрякова, сына его жены: карта Северного полушария для Музея антирелигиозной пропаганды в Исаакиевском соборе, портреты правительства и плакаты к коммунистическим праздникам.

ИЗОГИЗ выпускает 25000 тиражом цветную репродукцию с картины Филонова «Женская ударная бригада на заводе  „Красная заря“ в Ленинграде».

Издательство  „Асаdemiа“ предложило Филонову иллюстрировать карело-финский эпос  „Калевала“: он отказался в пользу своих учеников.

В день рождения опального Шостаковича начал писать картину, названную потом  „Первая симфония Шостаковича“ (1935, ГТГ).

Выступление на собрании в Доме художников с докладом “Я буду говорить“, где изложил свою концепцию образования и реформы АХ.

Арестованы Н.Н. Глебов, муж сестры Филонова Е.Н. Глебовой, П.Э. и А.Э. Серебряковы, сыновья жены Филонова. Пишет картину, на которой изображает рядом с осужденными пасынками И.В. Сталина (не сохранилась).

Умер в блокадном Ленинграде от истощения. По ходатайству его учеников и с помощью Союза художников был похоронен в отдельной могиле на Серафимовском кладбище слева от входа в храм Св. Серафима Саровского (ныне ГРМ установлены стела с именем художника на его могиле и памятная доска на фасаде дома, где он жил и умер).