Родился в семье диакона. Окончил Нижегородское духовное училище (1850), Нижегородскую духовную семинарию (1856), Казанскую духовную академию (1860), магистр богословия. Получил назначение на кафедру философии и логики в Самарскую духовную семинарию. В 1861 переведен в Казанскую духовную академию сначала на кафедру математики, а через год - на кафедру церковной истории, на которой прослужил вплоть до выхода на покой. В 1873 - доктор церковной истории. В течение пяти лет работал библиотекарем Фундаментальной библиотеки Академии, преподавал общую историю в Окружном училище Духовного ведомства и Родионовском институте благородных девиц. С 1875 - председатель Комиссии по составлению «Описания рукописей Соловецкого монастыря, находящихся в библиотеке Казанской духовной академии», которое выходило под его редакцией, причем рукописи исторического содержания описаны исключительно им. П.В. Знаменский работал редактором и цензором журнала «Православный собеседник», был членом Казанского комитета духовной цензуры. За большие заслуги перед отечественной наукой П.В. Знаменский избирался почетным членом всех четырех духовных академий, членом-корреспондентом Петербургской академии наук, действительным членом Общества истории и древностей российских, Общества Нестора-летописца, членом ряда архивных комиссий.

Основные труды: Богословская полемика 1860-х годов об отношении православия к современной жизни. - Казань, 1902; Духовные школы в России до реформы 1808 года. - Казань, 1881; История Казанской духовной академии за первый (дореформенный) период ее существования (1842-1870 годы). - Казань, 1891-1892; Православие и современная жизнь: Полемика 60-х гг. об отношении православия к современности: (A.M. Бухарев). - М., 1906; Приходское духовенство на Руси. - М., 1867; Руководство к русской церковной истории. - Казань, 1870; Учебное руководство по истории Русской Церкви: Составлено применительно к семинар. прогр. по истории Русской Церкви проф. Петром Знаменским. - СПб., 1904; Чтения из истории Русской Церкви за время царствования императора Александра I. - Казань, 1885.

О нем: Прощание корпорации Казанской академии с Петром Васильевичем Знаменским. - Казань, 1897; Юбилейные приветствия профессору Петру Васильевичу Знаменскому 24 октября 1910 года. - Казань, 1911.