Отец — мелкий чиновник, мать — учительница. Вскоре после рождения сына семья вынуждена была из-за туберкулеза, открывшегося у матери, перебраться в Тифлис. Мать вскоре умерла, отец, снова женившийся, едва мог заработать на пропитание. Однако отцу удалось устроить мальчика в Тифлисское реальное училище. По воспоминаниям Павленко, его несколько раз исключали оттуда за невзнос платы. Жили в Нахаловке — беднейшем районе города, в доме известного революционера Петра Монтина, убитого в 1905, где за несколько лет до того бывали Горький и Шаляпин. Возможно, атмосфера семьи с ее революционными традициями оказала известное влияние на сознание подростка, а затем рано повзрослевшего юноши Павленко. Окончив реальное училище, он поступил в Бакинский политехникум и тесно связал себя с большевиками. В 1920 он в Красной Армии, на должности военного комиссара в составе Куринской речной флотилии.

В 1921 Павленко впервые выступил в печати на страницах тифлисской красноармейской газеты «Красный воин», созданной С.Кировым и редактировавшейся одно время Дм.Фурмановым. Демобилизовавшись в 1921 по болезни, он стал постоянным газетным корреспондентом, написавшим и опубликовавшим множество статей на различные темы.

В 1924 Павленко назначен секретарем Константинопольского представительства по торговле в Турции. Это обострило его давний интерес к Востоку.

С 1925 он публикует статьи и очерки, а затем и рассказы, посвященные Турции, подписываясь псевдонимом Суфи. Пишет большой цикл «Азиатских рассказов» и небольшую повесть о Лермонтове («Тринадцатая повесть»). Познакомившийся с Павленко Вс.Иванов предложил ему работу в журнале «Красная новь».

Павленко быстро вошел в московскую литературную жизнь, отдав поначалу предпочтение среди различных группировок «Перевалу», поскольку именно «перевальцы» обращали особое внимание на литературу технику и форму художественные произведения. Сборник Павленко «Азиатские рассказы» (1929), «Стамбул и Турция» (1930), «Анатолия» (1932) написаны талантливо, ярко, с подчеркнутым вниманием к экзотичности описываемых мест и событий. Ориенталистика этих книг изысканна и порою вычурна, что противоречит его собственным статьям публицистического характера.

Вскоре он отходит от «Перевала» с его аполитичностью и культом формы, включается в активную литературно-общественную жизнь. Павленко отправляется с группой писателей в Среднюю Азию. Итог поездок: повесть «Пустыня» (1931) и сборник «Путешествие в Туркменистан» (1932). В этих произведениях при остроте и отточенности формы чувствуется аналитический взгляд на социальную действительность. Известным достижением Павленко явилась и повесть «Баррикады» (1932) о Парижской коммуне: по своему интернациональному пафосу она тесно соотнесена с современностью. Особый интерес читателей и критики вызвал роман о будущей войне «На Востоке». Это произведение о реальной угрозе фашистского наступления на мир социализма, о приближающейся военной опасности. Своеобразно перекликается с романом сценарий фильма «Александр Невский», поставленный С.Эйзенштейном (1938), поскольку он посвящен теме защиты Отечества.

Павленко участвует в финской кампании, а затем в Великой Отечественной войне в качестве фронтового корреспондента «Правды» и «Красной звезды». Наряду с многочисленными статьями и корреспонденциями он пишет рассказы и повести («Русская повесть», 1942). Был ранен и после демобилизации и обострения туберкулеза переехал в Крым. Став секретарем Крымской писательской организации, Павленко много сил отдает местной интеллигенции, редактирует альманах «Крым», пишет корреспонденции и очерки, рассказы, но главное внимание отдает реализации замысла задуманного им в конце войны романа «Счастье». Главный герой романа отставной офицер Воропаев имеет немало автобиографических черт. Роман в свое время был достаточно популярен, а его герой породил даже «воропаевское движение». Трудности послевоенного восстановления народного хозяйства, которые Павленко не обходит в своем произведении, все же с теперешней точки зрения сглажены. Нет, разумеется, и речи о причинах безлюдья Крыма и о необходимости присылки туда русских переселенцев. Отдал дань Павленко и культу личности Сталина. Все же роман свидетельствовал о зрелом художественном мастерстве писателя.

Павленко пишет по правительственному заказу киносценарии — «Клятва» (1946) и «Падение Берлина» (1949), оказавшиеся слабыми и тенденциозными. Он становится довольно влиятельной фигурой, активно участвует в общественно-политической жизни страны как депутат Верховного Совета, секретарь Московской писательской организации. При этом его позиция отличалась догматизмом, идеологической упрощенностью и беспощадностью ко всем инакомыслящим. Участник международных конференций, Павленко после поездок за границу создает книги: «Американские впечатления» (1949), «Молодая Германия» (1951), «Итальянские впечатления» (1951). В то же время им написаны несколько рассказов и повесть «Степное солнце» — одно из наиболее удачных произведений послевоенных лет. Вынашивает замысел широкого романного полотна, посвященного как жизни советской страны (с предвоенных лет), так и международному коммунистическому движению в различных странах. Он успел закончить, однако, лишь 1-ю часть («Труженики мира», 1952).