Павел Лунгин родился в 1949 году в семье кинодраматурга Семена Лунгина и переводчицы Лилианны Лунгиной. Окончил отделение структурной и прикладной лингвистики МГУ. Карьеру в кино начал как сценарист на киностудии им. Горького. Среди фильмов снятых тогда по его сценариям подростковая комедия "Все дело в брате" (1976), приключенческие фильмы "Конец императора тайги" (1978) о боевой юности Аркадия Гайдара и "Непобедимый" (1983) об истории создания борьбы самбо. Режиссерский дебют Лунгина — "Такси-блюз" (1990), снятый на "Ленфильме" на французские деньги, был удостоен "Специального приза за режиссуру" Каннского кинофестиваля. С 1991 по 2006 год Лунгин жил во Франции и работал с европейскими продюсерами, но снимал на родине и последовательно разрабатывал "русскую тему". Его фильм "Луна-парк" (1992) посвящен возрождению ксенофобии и национализма в постсоветскую эпоху, "Свадьба" (1999) — новым отношениям столицы и провинции, "Олигарх" — становлению капитализма по-русски (2002). В телесериале "Дело о мертвых душах" (2005) Лунгин в содружестве со сценаристом Юрием Арабовым создал оригинальную версию гоголевской России. Особой вехой в творчестве Лунгина стал фильм о "вере по-русски" — "Остров" (2006). Картина получила благословение патриарха, высокую оценку профессионального сообщества и была с энтузиазмом принята массовым зрителем. Следующая работа Лунгина "Царь" (2009) — историческая драма, успеха "Острова" не повторила.
В 2008 году Павлу Лунгину было присвоено звание народного артиста Российской Федерации, а в 2012-м он стал офицером ордена Почетного легиона.