他出生在外省的梁赞，父亲彼得·德米特里耶维奇·巴甫洛夫是东正教神父，母亲为瓦尔瓦拉·伊万诺芙娜·巴甫洛娃。家庭重视严格学习与教会教育，塑造了他早期的纪律性与对书籍的热爱。

他开始在教会体系内接受正规训练，学习修辞、语言与教士教育特有的严格作息。这段经历强化了他的勤勉作风，也在潜移默化中让他对纯粹神学解释产生疑问。

在神学院里，他广泛阅读课程之外的书籍，包括改革年代流通的俄国文学与科学著作。新思想的冲击逐渐把他引向经验探究，并让他远离成为神职人员的道路。

他离开神学院体系，进入圣彼得堡大学，在快速现代化的时期专注自然科学。城市的实验室与公开讲座使他接触到实验方法与生理学研究。

为使生理学扎根于临床现实，他转向医学并进入帝国军医外科医学院学习。在那里他训练解剖与实验技术，将测量与重复验证视为科学的核心美德。

在竞争激烈的圣彼得堡实验室中，他借助精密仪器研究心血管调节与神经控制。这些工作为他赢得严谨精确的声誉，也为后来对消化系统的研究奠定基础。

他完成以控制实验为基础的博士论文，进一步坚定了生理学必须量化的信念。学位为他打开学术职位与赴欧洲一流实验室深造的机会。

他前往德国的生理学中心学习最前沿的方法与实验室组织模式。与欧洲科研文化的接触，使他更加坚持长期实验与标准化流程。

他在实验医学研究所成为帝国俄国顶尖研究机构的领军人物，组建纪律严明的团队，并建设适合多年细致动物研究的设施。

他改良长期手术准备，使动物能够恢复后被长期观察，而非在急性终末实验中一次性取材。这些方法让胃液与唾液分泌的测量在接近正常状态下更可靠。

他将多年关于胃液、胰液及神经调控消化的数据系统整合成影响深远的著作。该书在欧洲广泛传播，推动生理学成为以实验与量化为基础的学科。

在学术会议上，他阐述动物如何在中性信号与食物反复配对后形成稳定的习得反应。这项工作把生理学与行为联系起来，表明学习也能像器官与腺体一样被严格研究。

他因通过系统实验阐明消化生理而获得一九零四年诺贝尔生理学或医学奖。该奖项为俄国科学带来国际声望，也让他更有力量保护研究所与团队。

他的团队建立标准化流程，使用铃声、节拍器与严格控制的喂食来量化学习与抑制。大量助手长期采集时间序列数据，使实验室成为行为生理学的高效研究中心。

在革命动荡与物资短缺中，他努力维持研究所的动物饲养、设备运转与人员队伍。尽管政治风暴不断，他仍坚持科研自主，在艰难条件下继续实验。

他批评官僚干预，捍卫研究独立性，同时研究所也得到国家支持。政府看重他的国际声望，往往容忍他的直言不讳以留住他在国内工作。

他发表广为阅读的综合性著作，以生理学框架解释条件反射、抑制与皮层过程。该书把学习视为可测量、受规律支配的现象，深刻影响心理学、教育学与精神医学。

晚年他在国际会议上受到礼遇与致敬，成为严谨实验与科学坚守的象征。同事与学生强调，他的实验室纪律深刻影响了现代神经科学与行为研究。

他在列宁格勒去世，八十多岁仍保持科学活动，留下庞大的学生群体与标准化研究方法。他关于条件反射的思想持续影响全球心理学与神经生理学。