Валлот обучался машиностроению в Ганновере, затем продолжил учёбу в Королевской архитектурной академии в Берлине. В 1864—1867 годах Валлот работал у берлинских архитекторов Штрака, Луце и Хитцига, а также на фирме Gropius und Schmieden. Затем Пауль Валлот отправился в ознакомительную поездку в Италию и Англию. С 1869 года в качестве частного архитектора работал во Франкфурте-на-Майне.
В 1882 году Валлот наряду с другими 190 соискателями принял участие в архитектурном конкурсе, связанном с запланированным строительством здания парламента, и вышел из него победителем вместе с мюнхенским архитектором Фридрихом фон Тиршем. Валлоту были поручены строительные работы, которые продлились десять лет. За свои заслуги в строительстве Рейхстага Валлот получил звание тайного советника по вопросам строительства. После Рейхстага Валлот проявил себя при строительстве дворца президента рейхстага и дома сословий на Брюльской террасе в Дрездене. В 1894-1911 годах Валлот преподавал в Академии художеств и в Технической высшей школе в Дрездене. В 1885 году он стал членом Академии искусств, а в 1894 году — членом Архитектурной академии.
