Отечественный авиаконструктор, доктор технических наук (1940), дважды Герой Социалистического Труда (1957–1965).

После окончания МВТУ (1925) работал в КБ А.Н.Туполева, в ЦАГИ и на заводе № 156 (инженер-конструктор, начальник бригады, заместитель главного конструктора). В этот период Сухим под общим руководством Туполева созданы истребители И-4, И-14, рекордные самолёты АНТ-25 и АНТ-37бис «Родина». Принимал участие в конкурсной разработке самолёта «Иванов», закончившейся созданием боевого многоцелевого самолёта Су-2, применявшегося в первые годы Великой Отечественной войны. В 1939–1940гг. – главный конструктор на заводе в Харькове. В 1940–1949гг. – главный конструктор КБ, базировавшегося на ряде заводов в Подмосковье и Москве, одновременно директор этих заводов. В 1949–1953гг. – снова заместитель главного конструктора в КБ Туполева. С 1953г. - главный конструктор вновь воссозданного своего КБ, с 1956г. – генеральный конструктор. В послевоенные годы Сухой был в ряду первых советских авиаконструкторов, возглавивших работы в области реактивной авиации, создав несколько опытных реактивных истребителей. После воссоздания КБ под его руководством разработан ряд серийных боевых машин, в числе которых: истребитель Су-7 со скоростью полёта, вдвое превысившей скорость звука; истребители-перехватчики Су-9, Су-11, Су-15; истребители-бомбардировщики Су-7Б с лыжным и колёсно-лыжным шасси для базирования на грунтовых аэродромах и Су-17 с изменяемой в полёте стреловидностью крыла; фронтовой бомбардировщик Су-24; штурмовик Су-25 и другие самолёты. На экспериментальных самолетах T-43I и Т-405 конструкции Сухого установлены два мировых рекорда высоты (1959, 1962), два мировых рекорда скорости полёта по замкнутому маршруту (1960, 1962).

Под руководством П.О.Сухого впервые созданы: отделяемая (с помощью пороховой катапульты) носовая часть фюзеляжа с гермокабиной лётчика; створки перепуска воздуха с двусторонним отклонением, обеспечивающие устойчивую работу двигателя на всех режимах полёта; боковые секторные сверхзвуковые регулируемые воздухозаборники; система управления самолётом на необратимых бустерах. На экспериментальном самолёте Т-4, рассчитанном на скорость полёта, втрое превышающую скорость звука, впервые в СССР были широко использованы титан и высокопрочная нержавеющая сталь, а также применена электродистанционная система управления самолётом. Под руководством Сухого была начата разработка высокоманёвренного истребителя Су-27 с интегральной аэродинамической компоновкой, с успехом демонстрировавшегося на многих международных авиационных выставках 80-х гг.

Награждён Золотой медалью имени А.Н.Туполева (1975, посмертно). Депутат ВС СССР в 1958–1974гг. Удостоен  Ленинской премии (1968), Государственной премии СССР (1943, 1975, посмертно). Награждён 3 орденами Ленина, орденами Октябрьской Революции, Трудового Красного Знамени, Красной Звезды, «Знак Почёта», медалями. Имя Сухого присвоено машиностроительному заводу в Москве.