Петър Динеков е роден на 17 октомври 1910 г. в с. Смолско, Софийско. През 1933 г. Динеков завършва славянска филология в СУ „Св. Климент Охридски“. Специализира във Варшава през периода 1934-1935 г. и в Ягелонския университет в Краков през 1935 г.
От 1936 до 1938 г. е преподавател във Френския колеж в Пловдив. Емоционалната му връзка е толкова силна, че в края на живота си той дарява личната си библиотека на Народната библиотека в Пловдив. От 1938 до 1979 г. е преподавател в Софийски университет, през 1941 г. е избран за доцент, а през 1945 г. за професор. Чете лекции по следните основни курсове: История на старата българска литература (1941-1979); История на българската литература през Възраждането (1944-1979); Български фолклор (1945-1979); История на руската и полската литература (1944-1945). Динеков е основател на институтите по литература и по фолклор при БАН. Член-кореспондент е на БАН от 1947 г. и академик от 1966 г. Динеков е ръководител е на катедрата по българска литература в СУ, на секцията по българска литература до Освобождението в Института за българска литература при БАН, директор е на Института по фолклор към БАН от основаването му, заместник-ректор е на Софийски университет в периода 1962-1964 г. От 1952 до пенсионирането си като професор в Софийския университет води Кръжок по стара и възрожденска българска литература и по български фолколор, традиционно известен като ”Кръжокът на професор Динеков”, от който излизат мнозина от най-активните изследователи от следващата генерация в областта на старобългаристиката, фолклористиката и историята на възрожденската литература.