Он появился на свет 26 августа 1925 года в украинском городе Бобринец. С началом войны семья эвакуировалась в Сталинград, где юный Пётр вместе с отцом устроился разгружать уголь для электростанции. Но уже вскоре Тодоровским вновь пришлось бежать, спасаясь от наступления немцев.
Следующие два года будущий режиссёр трудился в колхозе под Саратовом, а едва ему исполнилось 18 лет, ушёл на фронт. За годы войны Пётр Тодоровский принял участие в освобождении Варшавы и взятии Берлина, был контужен. После увольнения в запас работал на заводе стеклотары, брал уроки рисования и одновременно окончил десятый класс.
Природа наградила Петра Тодоровского многими талантами, но больше всего он мечтал о кино. Получив школьный аттестат, он поступил на операторский факультет ВГИКа, затем снимал документальные фильмы на Кишинёвской киностудии, параллельно выступая композитором многих картин. Тодоровский писал музыку и стихи, виртуозно играл на гитаре и даже аккомпанировал самому Владимиру Высоцкому в записи некоторых песен.
Композиторский дар Петра Тодоровского стал одной из причин его размолвок с первой женой. Популярная актриса Надежда Чередниченко настаивала, чтобы муж оставил работу оператора и полностью посвятил себя музыке, но Тодоровский продолжал грезить кинематографом. Ссор становилось всё больше, и в результате супруги приняли решение развестись. А впереди режиссёра ждало осуществление заветной мечты и главная встреча всей его жизни.
С середины 50-х Пётр Тодоровский работал оператором на Одесской киностудии. Здесь, на берегу Чёрного моря, он познакомился со студенткой Института морского флота и танцовщицей джазового ансамбля Мирой Герман. У девушки за плечами уже был неудачный брак и она благосклонно принимала ухаживания известного композитора Шуры Красотова, с которым Пётр Тодоровский водил дружбу. Однажды на киностудии, где под одну из его песен репетировал джазовый ансамбль, Пётр увидел своего друга, помогавшего обуться молодой красавице. Он сразу положил на неё глаз, а она высоко оценила музыку, написанную новым поклонником. Взаимное чувство разгорелось быстро — уже спустя три дня Тодоровский сделал Мире предложение, и с тех пор они не расставались целых полвека.
Мира стала для мужа любимой музой и надёжной опорой. Семейное счастье сопровождалось для Тодоровского и успехами в карьере — в Одессе он дебютировал как режиссёр, снял несколько картин, а вскоре был приглашён на «Мосфильм». Здесь родились лучшие ленты Петра Тодоровского — «Любимая женщина механика Гаврилова», «Военно-полевой роман», «По главной улице с оркестром». Но самой знаменитой работой режиссёра стала скандальная «Интердевочка». Экранизировать повесть о девушках лёгкого поведения Тодоровскому предложила жена: именно Мира нашла шведского инвестора, который выделил деньги на съёмки, а также настояла, чтобы на главную роль муж утвердил Елену Яковлеву. Картина имена широкой резонанс и даже была номинирована на «Оскар» как лучший фильм на иностранном языке.
В браке у Петра и Миры Тодоровских на свет появился сын Валерий Тодоровский. Он пошёл по стопам отца, окончил сценарный факультет ВГИКа, а затем стал режиссёром. Среди его работ — «Катафалк», «Подмосковные вечера», «Страна глухих», «Страна глухих», «Мой сводный брат Франкенштейн», «Стиляги», «Оттепель», «Одесса», «Гипноз», за которые Валерий получил несколько десятков наград на российских и международных кинофестивалях.
Последним фильмом Тодоровского-старшего стала военная драма «Риорита», которая увидела свет в 2008 году. После этого он написал сценарий ещё одного военного фильма «В далёком сорок пятом... Встречи на Эльбе», но начать съёмки не успел. 87-летний Пётр Тодоровский скончался от сердечного приступа в 2013 году. Исполнить последнюю волю мужа решила Мира Тодоровская: чтобы завершить фильм, она продала квартиру. Лента вышла в прокат спустя два года после смерти режиссёра.