Пётр Николаевич Мамонов родился 14 апреля 1951 года в Москве, в интеллигентной семье. Его отец был инженером, а мама работала переводчицей. В старших класса вместе со сверстниками Петр собрал дворовый ансамбль «Экспресс», который исполнял произведения The Beatles, The Rolling Stones и др. Также он увлекался танцами – охотно и с успехом исполнял шейк, рок-н-ролл, твист. Через знакомых имел доступ к редким тогда пластинкам западных музыкантов – Майкла Дейвиса, Чабби Чекера, Рэя Чарльза, Айка Тёрнера и др. Что позднее повлияло на творчество самого Мамонова.
Подростком он одевался как стиляга, но в поведении прибегал и к более экстравагантным методам – например, мог выйти на улицу с ручкой от унитаза вместо серьги, а чтобы избежать призыва в армию, притворился сумасшедшим. Он даже прошел обследование в психиатрической лечебнице и был признан негодным к службе. Там же, в больнице, Петр подружился с Артемом Троицким (будущим известным журналистом), знакомство с которым сыграло в судьбе Мамонова не последнюю роль.
После окончания школы Петр поступил в полиграфический техникум, а затем – в Московский полиграфический институт на редакторский факультет, но не закончил обучение. В течение десяти лет он сменил множество профессий: наборщик в типографии, корректор и заведующий отделом писем в журнале «Пионер», банщик-массажист, лифтёр, грузчик, кочегар, переводчик иностранной поэзии – это не полный список его рабочих занятий тех лет.
В силу своего экспрессивного характера Мамонов ни на одном месте долго не задерживался, а проблемы с алкоголем и постоянные финансовые трудности провоцировали депрессивное настроение. При этом он активно писал стихи – всего в 1980 году сочинил около семидесяти песен. А затем пригласил в гости Троицкого, ставшего к тому времени уже известным критиком, и под гитару сыграл для него наиболее удачные свои вещи. И не зря…
Вдохновлённый похвалой, Мамонов создал собственную рок-группу под названием «Звуки Му», которая стала регулярно участвовать в «узких» концертах, попутно знакомясь с другими известными московскими и ленинградскими подпольными группами: «Центр», «Браво», «Аквариум», «Зоопарк», «Кино». Нередко они давали совместные выступления, обменивались опытом.
Но состав «Звуков Му» постоянно менялся, Мамонов стремился создать неповторимое звучание, поэтому часто менял музыкантов, предъявляя к ним жесточайшие требования. В 1986 году группа приняла участие в двух больших концертах Московской рок-лаборатории, по приглашению рижского рок-клуба съездила в Латвию, удачно выступила на фестивале «Движение в сторону весны».
Начиная с 1987 года Мамонов активно гастролировал, объездив многие города Советского Союза и ряд европейских стран, а затем последовал тур по США. Везде выступлениям группы сопутствовал успех. В этот же период Мамонов сыграл небольшую роль врача-наркобарона в фильме «Игла» с Виктором Цоем в главной роли. Но, несмотря на огромную популярность, Мамонов продолжал постоянно менять состав группы, все это, в итоге, привело к тому, что в 1996 году «Звуки Му» окончательно распались.
Параллельно с музыкальной деятельностью в первой половине 1990-х годов Мамонов всё больше склонялся к актёрству, участию в кино и театральных постановках. Важным шагом на этом пути стала роль саксофониста-алкоголика в фильме Павла Лунгина «Такси-блюз». Фильм удостоился награды за лучшую режиссуру в Каннах, а Мамонов номинировался на лучшую мужскую роль премии «Ника». Чуть позже последовали съёмки в некоммерческих драмах «Нога» и «Анна Карамазофф».
Дебют Петра Николаевича в качестве театрального актёра состоялся в Театре им. К.С. Станиславского, где с 1992 года вместе с режиссёром Олегом Бабицким он ставил спектакль «Лысый брюнет». Спектакль шёл довольно успешно в течение нескольких лет. Одновременно с работой в театре продолжались съёмки в кино, на экраны вышли два фильма с участием Мамонова: «Терра инкогнита» (1994) и «Время печали ещё не пришло» (1995).
Коренной переворот в жизни Мамонова начался после переезда в деревню Ефаново Московской области, когда музыкант находился в состоянии депрессии после распада его группы «Звуки Му». Выход из сложившейся тяжёлой ситуации он нашёл в вере.
Главным художественным проектом на этом этапе стал спектакль «Есть ли жизнь на Марсе?», вольная интерпретация пьесы А.Чехова «Предложение». Спектакль шёл преимущественно в том же театре Станиславского с 1997 по 2001 год, а впоследствии вышел на DVD в виде компиляции смонтированных любительских съёмок. Также в этот период вышли два диска де-факто несуществующей группы «Звуки Му»: альбом с неизданными ранее треками «Шкура неубитого» (1999) и сборник избранных композиций «Набрал хороших на один компакт» (2000).
Следующий проект Мамонова, начавшийся в 2001 году и получивший название «Шоколадный Пушкин», сначала был выпущен в формате музыкального альбома, а потом появился в виде моноспектакля. Спектакль в виде «литературных вечеров» шёл более четырёх лет.
Приняв православие, Мамонов перестал сниматься в кино, категорически отвергая любые предложения. Однако в 2001 году режиссёр Сергей Лобан сумел уговорить артиста сняться в картине «Пыль», которая вышла на экраны в 2005 году и получила множество разных премий в области независимого кино.
В 2003 году состоялось выступление артиста в передаче «Земля-Воздух» в прямом эфире на канале ТВС, где он под гитару впервые за долгое время исполнял некоторые старые песни «Звуков Му», а в перерывах общался с музыкальными критиками ведущих радиостанций страны.
В 2006 году Мамонов снялся в новом фильме Лунгина «Остров», который впервые показали на Международном фестивале православного кино и телепрограмм «Радонеж», где его признали лучшим христианским фильмом года. Лента удостоилась множества премий и наград, в том числе взяла шесть статуэток «Ника» и шесть «Золотых орлов». Сам Мамонов получил призы за лучшую мужскую роль этих двух кинопремий, премию «Своя колея» за вклад в возрождение православной культуры и ещё несколько наград.
На волне успеха Лунгин позвал артиста в следующий свой фильм «Царь» на роль Ивана Грозного. Однако, несмотря на большой бюджет и привлечение многих знаменитостей, картина уже не имела такого громкого успеха.
Начиная с 2008 года, Мамонов издавал сборники своих поэтических афоризмов «Закорючки». Также в новом тысячелетии он принял участие в ряде художественных и документальных лент, представил на суд публики свои новые песни, в конце 2012 года после долгого перерыва вернулся на театральную сцену с новым моноспектаклем «Дед Пётр и зайцы».
С 2014 года Мамонов был ведущим авторской радиопрограммы «Золотая полка». В феврале 2015 года Мамонов анонсировал создание новой группы под названием «Совершенно новые Звуки Му», с которой отметил свой 65-летний юбилей на сцене Театра Эстрады музыкальным спектаклем под названием «Приключения Незнайки». В 2017 году прошла премьера музыкального спектакля «Как я читал святого Исаака Сирина».
Последнее время Пётр Мамонов жил вдали от суеты, в деревне Ефаново. В конце июня 2021 года он был госпитализирован в одну из московских больниц в тяжёлом состоянии с коронавирусом и скончался 15 июля 2021 года от осложнений, вызванных этой болезнью, на 71 году жизни.