Учился в Саратовском пехотном училище, участник Великой Отечественной войны. В 1954 году окончил операторский факультет ВГИКа. Через год дебютировал в качестве кинооператора в фильме «Молдавские напевы», а затем снимал для Марлена Хуциева «Весну на Заречной улице».

Дебютной режиссерской работой стала психологическая социальная драма «Никогда» с Евгением Евстигнеевым в главной роли. В 1983 году Тодоровский снял «Военно-полевой роман», который был выдвинут на премию «Оскар» в номинации «Лучший фильм на иностранном языке».

Петр Тодоровский также был композитором и автором песен к ряду фильмов. Аккомпанировал Владимиру Высоцкому при записях его песен.