Pier Carlo Padoan ha una laurea in Economia conseguita presso Sapienza - Università di Roma ed è stato Professore di Economia presso la medesima università.
Ha ricoperto varie posizioni accademiche presso università italiane ed estere, ivi compresi il Collegio di Europa (Bruges e Varsavia), l'Università Libre de Bruxelles, l'Università di Urbino, l'Università de La Plata, la Chulalongkorn University e l'Università di Tokyo.
Ha pubblicato articoli su numerose riviste internazionali ed è autore di vari saggi e testi di economia e finanza.

Dal 1998 al 2001 è stato Consigliere Economico dei Presidenti del Consiglio Massimo D'Alema e Giuliano Amato, con incarichi di politica economica internazionale.
Dal 2001 al 2005 Pier Carlo Padoan è stato Direttore Esecutivo italiano al Fondo Monetario Internazionale.
Nel 2006 Padoan è stato direttore della Fondazione Italianieuropei, centro di ricerca dedicato ai temi di politica economica e sociale.
Il 1° giugno 2007 ha assunto le funzioni di Vice Segretario Generale dell'OCSE. Il 1° dicembre 2009 è stato nominato anche Capo Economista, pur mantenendo il suo ruolo di Vice Segretario Generale.
È stato Ministro dell'Economia e delle Finanze dal 24 febbraio 2014 al 1º giugno 2018.
Dal marzo 2018 è deputato al Parlamento italiano.