Геолог, специалист в области геологии угольных бассейнов. Доктор геолого-минералогических наук (1935). Академик АН СССР (1939).
Учился в Санкт-Петербургском Горном институте. В 1903 г. занимался детальной геологической съемкой планшетов одноверстного масштаба.
Всю жизнь проработал в Геологическом комитете (Геолком).
В 1904-1905 гг. читал лекции по геологии и мироведению на Смоленских курсах в Санкт-Петербурге. До 1917 г. вёл полевые работы в Донбассе.
Опубликовал 4 тома описаний (протоколы Геологического комитета) и геологических атласов отдельных карт. Вёл палеонтологические исследования, изучал ископаемую фауну из отложений силурийского и каменноугольного возраста.
Автор концепции "поясов и узлов угленакопления".
Автор монографии "Геология месторождений ископаемых углей и горючих сланцев" (1937).
В 1941 г. основал и возглавил Лабораторию проблем угленакопления, которая в 1943 году стала отделом геологии ископаемых углей. В 1943 г. за исследования, обобщенные в труде "Геология СССР" том 7 "Донецкий бассейн" - учёному была присуждена Сталинская премия I степени.
Скончался П.И. Степанов 26 августа 1947 года, похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище (3 уч. 44 ряд). Рядом с ним похоронена жена.
