Народився в м. Городище Київської губернії (нині Черкаська область) у сім’ї священнослужителя. Освіту здобув у семінарії, потім у Київській духовній академії. Не закінчивши академію, у 1813 році почав викладати в приватних пансіонах Бердичева, вчителював у будинках багатих польських поміщиків.

У 1817 році переїхав до Харкова і вступив до університету вільним слухачем словесного факультету, і тоді ж, завдяки заступництву попечителя Харківського навчального округу графа Станіслава Потоцького, затверджений Радою університету лектором польської мови. З 1820 року йому також було доручено викладання російської історії, географії та статистики.

У 1821 році Петро Петрович Гулак-Артемовський склав кандидатський і магістерський іспити, захистив дисертацію на тему «О пользе истории вообще и преимущественно отечественной и о способе преподавания последней» та отримав ступінь магістра. Через два роки обраний ад’юнктом російської історії та статистики, у 1825 році — екстраординарним; 1828 року — ординарним професором. У 1831 і 1833 роках був секретарем етико-політичного відділення, членом училищного комітету при Харківському університеті. З 1841 року до виходу у відставку 1849 року перебував на посаді ректора Харківського університету.

У 1855 році Петро Петрович Гулак-Артемовський обраний почесним членом Харківського університету. Крім того, з 1818 року він викладав французьку мову в Харківському інституті шляхетних дівчат, а з 1827 року також керував навчальною частиною Полтавського інституту шляхетних дівчат.

З 1817 року його роботи друкували в журналі «Український вісник», де було опубліковано його переклади Руссо, Мільтона, Горація та інших. Як письменник отримав популярність своїми байками. Ввів в українську літературу жанр романтичної балади. Його кращі твори українською мовою написані в дусі естетики просвітницького реалізму. Належав до числа засновників «Українського журналу».

Був членом Московського товариства аматорів російської словесності, Королівського товариства друзів науки у Варшаві.