Внук генерала, участника войны 1812 года, Петр Александрович Нилус был известным художником, особенно в Одессе, где он учился в художественной школе (1883—1889). А вот учеба в Академии художеств закончилась для П. Нилуса в течение года. Поступив в нее в 1889 году, он через год оставил ее, чтобы заняться самостоятельной работой. Совершил столь смелый поступок молодой Петр Нилус по совету И.Е. Репина, который считал, что не для каждого таланта Академия хороша, иных она просто стандартизирует.
Революцию 1917 года П. А. Нилус принял с воодушевлением, но вскоре изменил свое мнение. С приходом отрядов Добровольческой армии А. И. Деникина художник выступил в их поддержку серией антибольшевистских плакатов, после чего понял, что в последующей изменившейся обстановке, с победой красных возвращение в Одессу будет грозить ему казнью, в 1919 г он покинул Россию. Три года живописец ездил по Европе, организовал персональные выставки в Софии, Вене, Загребе, Бухаресте и Белграде.
И наконей, в конце 1923-го он перебрался в Париж, где поселился в одном доме с И. А. Буниным. Для художника была важна завязавшаяся еще в Одессе дружба с писателем. Без духовной, а подчас и материальной поддержки И. А. Бунина переносить тяготы эмиграции и разочарование от того, «что исчез в Париже тот прелестный мир, который называется искусством», было бы особенно невыносимо.
Первые персональные выставки П. А. Нилуса в Париже состоялись в 1925 году в престижных галереях Ж. Пти и Ж. Шарпантье. Большой успех имела последняя прижизненная выставка Нилуса в галерее Zak (1934).
К середине 1930-х годов Нилус стал отдавать предпочтение психологическому портрету.
Умер в оккупированном Париже; похоронен на кладбище Банье.
Работы художника хранятся в Третьяковской галерее, в Одесском художественном музее, Одесском литературном музее, в Государственном Литературном музее (Москва), в Областном художественном музее им И. Н. Крамского (Воронеж), в Днепропетровском Художественном Музее, в частных коллекциях.
В 1995 году значительная часть творческого наследия художника парижского периода — 73 произведения живописи, графики, а также личные вещи, фотографии, письма, выставочные каталоги — по решению падчерицы живописца, В. Л. Голубовской, были переданы из Парижа в Воронеж для Художественного музея им. И. Н. Крамского и литературного музея (для будущего музея И. А. Бунина).
