Павел Гилилов родился в 1950 году в Донецке и начал брать уроки игры на фортепиано под руководством отца. В восемь лет впервые выступил с оркестром, в 11 лет исполнил Концерт для фортепиано с оркестром № 3 Кабалевского, после чего композитор пригласил его обучаться в средней специальной музыкальной школе Ленинградской консерватории им. Н. А. Римского-Корсакова. В последующие годы стал лауреатом Всероссийского конкурса пианистов в Москве, Международного конкурса пианистов им. Фридерика Шопена в Варшаве и Международного конкурса им. Джованни Баттисты Виотти в Верчелли (Италия). В 1976 году окончил Ленинградскую консерваторию им. Н. А. Римского-Корсакова и начал преподавать в данном учебном заведении. В 1980 году покинул СССР. Сначала проживал в Австрии, а затем переехал в Кёльн. Выступал с симфоническими оркестрами Санкт-Петербургской и Московской филармоний, Варшавским филармоническим оркестром, Венским симфоническим оркестром, Нидерландским филармоническим оркестром, кёльнским Гюрцених-оркестром, Ирландским национальным оркестром и Детройтским камерным оркестром. Сотрудничал с дирижерами Лоуренсом Фостером, Андрисом Нельсонсом, Марисом Янсонсом, Валерием Гергиевым и Джеймсом Конлоном. Давал концерты в Берлинской филармонии, Королевском театре в Мадриде, Дворце каталонской музыки в Барселоне, амстердамском Консертгебау, франкфуртской Альте-опер, венском Музикферайне, театре Ла Скала в Милане, цюрихском Тонхалле и Театре Колон в Буэнос-Айресе. Участвовал в фестивалях в Эдинбурге, Ньюпорте, Шлезвиг-Гольштейне, Рейнгау, Зальцбурге и Людвигсбурге. В дискографии – записи, осуществленные в сотрудничестве с компаниями Deutsche Grammophon, Virgin, Orfeo, Toshiba EMI и RCA Victor. Исполняет премьеры сочинений многих современных композиторов. Долгие годы выступал в дуэте с Борисом Пергаменщиковым и основал Фортепианный квартет Павла Гилилова. Преподает в Кёльнской высшей школе музыки и танца и зальцбургском Моцартеуме. Дает мастер-классы по всему миру, в том числе на Летней академии в Лозанне. Член жюри множества международных конкурсов. В 2005 году основал Бетховенский конкурс в Бонне и в настоящее время является его художественным руководителем и президентом жюри.