Заслуженный мастер спорта СССР (1960), кавалер орденов Ленина (1960), Дружбы народов (1985), Почёта (1995), «За заслуги перед Отечеством» III степени (1999), Почётный гражданин Республики Мордовия.
Впервые принял участие в соревнованиях в армии в 20 лет: пробежал кросс 3 км за 9:16,2 (рекорд дивизии). До армии увлекался гимнастикой, благодаря которой получил хорошую базу ОФП, без которой, по собственному признанию, не смог бы стать сильным стайером.
Окончил Школу тренеров и Институт физической культуры. Старший тренер «Спартака» по легкой атлетике (1965—1985). Победил на Олимпийских играх 1960 г. в Риме в беге на 10000 м.
Тринадцатикратный чемпион СССР (1957—1962, 1964) на дистанциях 5000 и 10000 м. Чемпион Европы (1962) на дистанции 10000 м. Рекордсмен мира (1960—1963) на дистанции 10000 м.
После победы Петра Болотникова на Олимпиаде в Риме в 1960 пока ни одному отечественному бегуну не удалось выиграть олимпийское золото на стайерской дистанции (от 1500 м и длиннее).
В 1990—1992 годах возглавлял Центральный совет ДСО «Спартак», являлся членом президиума и почетным председателем спортобщества «Спартак» (1996), председателем Центрального клуба России «Шиповка юных» (1995), главным судьей по проведению соревнований на призы газеты «Труд» и Кубка «Москва-Лужники» (1992). Несмотря на возраст, П. Болотников регулярно командует парадом открытия традиционного пробега памяти Юрия Гагарина в Звёздном городке.
Традиционно в Саранске проходит международный пробег на приз Петра Болотникова.
