Сын генерал-поручика Амплия Степановича Шепелева от брака с Прасковьей Андреевной урождённой Матвеевой, родился 29 июня 1737 года. Происходил из древнего дворянского рода, родоначальник которого в конце XIV века выехал из Швеции на службу к великому князю Дмитрию Донскому.
Начал службу лейб-гвардии в Измайловском полку, в который был зачислен 1 мая 1754 года капралом. Служил в этом полку до 1764 года и дослужился до чина капитан-поручика. 19 апреля 1765 года был переведён с чином подполковника в Санкт-Петербургский карабинерный полк и принимал в его рядах деятельное участие в войне 1768—1772 годов с польскими конфедератами. В этой кампании Шепелев отличился в 1770 году при осаде Ченстоховской крепости: имея под своей командой только 60 карабинеров, он атаковал высланный из крепости кавалерийский отряд из 400 человек, разбил его и преследовал до самого гласиса крепости, не потеряв ни одного человека. Произведенный за этот подвиг 13 декабря 1770 года в полковники, Шепелев 10 мая 1771 года участвовал под начальством генерал-майора Суворова в сражении у Тыкоцкого монастыря, причём взял штурмом неприятельский редут, овладел неприятельской артиллерией, боевыми запасами и взял много пленных. 26 ноября 1772 года он был награждён орденом св. Георгия 4-й степени (№ 169 по кавалерскому списку Судравского и № 202 по списку Григоровича—Степанова)
В 1772 году Шепелев командуя сводным отрядом действовал под начальством А. И. Бибикова против войск Пугачёва в Башкирии.
22 сентября 1775 года произведён в сверхкомплектные бригадиры Каргопольского карабинерного полка и отправлен в годичный отпуск. В 1778 году Шепелев был назначен командиром Рязанского карабинерного полка, присоединённого к войску генерал-аншефа князя H. В. Репнина, которому было поручено составлять вспомогательный корпус для Пруссии, которая в это время вела войну за Баварское наследство.
22 сентября 1778 года Шепелев был произведён в генерал-майоры и назначен в Финляндскую дивизию. В 1783 году он был отправлен с своей дивизией в Крым, к войскам князя Потёмкина, которые предназначались для покорения этого края и присоединения его к России.
В 1784 году Шепелев был награждён орденом св. Анны 1-й степени и переведён в Смоленскую дивизию. В 1786 году, произведённый 22 сентября в генерал-поручики, он получил приказание состоять по армии.
В октябре 1788 года его отозвали к Екатеринославской армии, осаждавшей Очаков, и он заведовал во время осады особой Бугской дивизией, имевшим целью наблюдать за неприятелем на границе по Бугу, причём он долгое время занимал позицию у Ольвиополя.
По окончании этой кампании он с 1789 по 1793 год командовал войсками в Белоруссии, потом с своими войсками вошёл в состав Двинской армии, находившейся под начальством графа Салтыкова, а в 1796 году, под начальством генерал-фельдмаршала князя Репнина, командовал войсками, распложенными в Ковне.
По воцарении императора Павла I, Шепелев приказом от 3 декабря 1796 года (по другим данным — 26 января 1797 года) был назначен шефом Малороссийского кирасирского полка.
9 апреля 1797 года произведён в действительные тайные советники и назначен в Правительствующий Сенат, где присутствовал сначала в 5-м, а потом, с 29 июня того же года, в Межевом департаменте.
В 1803 году, уже в царствование императора Александра I, ему были пожалованы алмазные знаки к ордену св. Анны 1-й степени, а Высочайшим указом от 25 января 1808 года было дано в вечное и потомственное владение 4000 десятин земли в Нижегородской губернии.
15 марта 1816 года Шепелев был уволен от службы согласно прошению, причём ему в тот же день был пожалован орден св. Александра Невского.
Умер 8 ноября 1828 года в Санкт-Петербурге, похоронен в Невском монастыре.
Шепелев был женат на племяннице светлейшего князя Потёмкина-Таврического, Надежде Васильевне Измайловой урожденной Энгельгардт.
П. А. Шепелев имел загородную усадьбу на Петергофской дороге у начала Красносельской дороги (Таллинское шоссе, ныне проспект Маршала Жукова).
