Тодор Павлов завършва висше образование в Софийския университет по специалност философия и педагогика през 1914 г.

Преподава като учител в Казанлък (1914-1919), Лом, Ихтиман и Бяла черква.

През 1919 г. става член на БКП. През 1922-1923 г. е главен редактор на прокомунистическия вестник "Младеж". През лятото на 1923 г. е арестуван, но по-късно е освободен. През 1924 г. е избран в ръководството на легалната Партия на труда и в Централния комитет на нелегалната комунистическа партия.

След атентата в църквата "Света Неделя" от 16 април 1925 г. е арестуван и осъден на 12 г. затвор. През 1929 г. е амнистиран и освободен. Участва в Учителската професура и в Антивоенната лига.

През 1932 г. емигрира в СССР и става професор по диалектически материализъм в Института за червена професура в Москва. През 1936 г. се завръща в България и се отдава на публицистична дейност. В периода 1941 - 1943 г. е интерниран в концлагери.

На 9 септември 1944 г. с решение на НК на Отечествения фронт и постановление на правителството е назначен за регент на Царство България. Като регент упражнява всички права, застъпени в Търновската конституция, включително и да назначава и уволнява висшия команден състав на армията.

През януари 1945 г. е избран за почетен председател на Македонския научен институт заедно с Димитър Влахов. Участва в списването на "Македонска мисъл" и защитава проюгославски и промакедонистки идеи.

През 1945 г. е избран за академик. Павлов е професор в Софийския университет в периода 1946 - 1948 г.

Народен представител от 1946 до 1976 г.

Член на Централния комитет на БКП от 1957 до 1977 г., член на Политбюро на ЦК на БКП от 1966 до 1976 г., 2 пъти член на Президиума на Народното събрание (1947-1954 и 1962-1971).

Председател е на Българската академия на науките в периода 1947-1962 г., директор на Института по философия на БАН (1949-1952 и 1960-1977), почетен председател на Съюза на българските писатели.

Два пъти пъти е "Герой на социалистическия труд" и веднъж "Герой на Народна република България". Лауреат е на Димитровска награда, има пет ордена "Георги Димитров", два ордена "Ленин" и златен медал "Карл Маркс".