Будущий летчик родился 15 (27) февраля 1887 г. в Нижнем Новгороде в семье офицера, служащего в Кадетском корпусе. Естественно, что в этом учебном заведении началась военная карьера Петра. В 1904 году его, как одного из лучших выпускников корпуса, приняли в Михайловское артиллерийское училище. Стоит отметить, что в России артиллерийские офицеры традиционно получали хорошую математическую подготовку, что впоследствии позволило Нестерову проводить теоретическое обоснования многих своих летных экспериментов.
В 1906 году для подпоручика Нестерова, получившего назначение в 9-ю Восточно-Сибирскую стрелковую артиллерийскую бригаду, началась офицерская служба. Но в артиллерии он пробыл недолго. В 1909 году его прикомандировывали к воздухоплавательной роте, которая имела привязные аэростаты для наблюдения и корректировки огня артиллерии. На таком аэростате Нестеров впервые поднялся в небо. Но это был только пробный шаг. Увлечение авиацией началось для него в 1910 году, когда он был переведен в Кавказскую резервную артиллерийскую бригаду.
Во Владикавказе Петр Николаевич подружился с Артемием Кацаном, который занимался конструированием планеров. Тогда-то и родилась у Нестерова идея построить планер собственной конструкции, чтобы «дать возможность человеку свободно парить». Уже летом следующего года, находясь в отпуске в Нижнем Новгороде, Нестеров вместе с Петром Соколовым планер построил. Аппарат привязали к телеге, благодаря одной лошадиной силе управляемый Нестеровым планер оторвался от земли и совершил первый небольшой полет. Впоследствии Нестеров считал, что именно с этого короткого полета начался для него путь в небо.
Чтобы стать военным летчиком, осенью 1911 года Нестеров поступил в Офицерскую воздухоплавательную школу. Обучение заняло около года. Уже осенью 1912 года он получил диплом авиатора, а затем и военного лётчика. Во время учебы Нестеров находил время и для творчества, он работал над проблемами живучести самолётов, повышения безопасности полётов, тактики воздушного боя. Некоторые его предложения значительно опережали время, например, наброски моноплана с изменяющимся углом наклона крыла.
Осенью 1912 года поручик Нестеров, переведенный в Варшаву, начинает летать на моноплане «Ньюпор». Стремясь повысить боевую эффективность самолета, он проводит смелые эксперименты: планирование с выключенным двигателем с большой высоты, пикирование, сложные маневрирования. Стоит отметить, что начальство не приветствовало проводимые им эксперименты, так как они часто шли вразрез со сложившимися правилами пилотирования и боевого применения самолетов. Но эффективность применяемых им приемов была очевидна. В январе 1913 года у Нестерова в полете загорелся и остановился мотор самолета, только навык планирования спас его от неминуемой гибели.
Чтобы продемонстрировать истинные возможности самолетов, им были проведены несколько дальних перелетов, в том числе из Киева в Гатчину и групповой перелёт трёх самолётов по круговому маршруту Киев — Остёр — Козелец — Нежин — Киев.
Петра Нестерова обоснованно считают основателем высшего пилотажа, венцом которого, несомненно, является «мертвая петля», получившая и второе название — «петля Нестерова». Первому выполнению этого сложнейшего элемента пилотирования предшествовала серьезная подготовка, в том числе — математические расчеты. Только убедившись в возможности выполнения «петли» с минимальным риском, Нестеров пошел на эксперимент, потрясший весь авиационный мир.
В погожий день 27 августа 1913 года Нестеров на «Ньюпоре» поднялся до 1000 метров, затем, выключив мотор, начал пикирование. Используя набранную скорость, на высоте примерно в 600 метров снова включил мотор и направил самолет вертикально вверх, затем «положил» машину на спину и, описав петлю, снова вошел в пике. Выйдя из пике, плавно спланировал на летное поле.
О необычайном полете российского пилота газеты известили весь мир. В адрес Нестерова «посыпались» восторженные телеграммы, а Киевское общество воздухоплавания даже наградило его специально учрежденной золотой медалью. Вскоре на выполнение «петли» рискнули и другие пилоты, а в 1915 году её стала выполнять и первая российская летчица
Понимая, что война не за горами, Нестеров продолжал совершенствовать летное мастерство, первым стал отрабатывать атаку самолета противника, взлеты и посадки в темноте. Став начальником авиационного отряда, настойчиво обучал подчиненных, готовя их к предстоящим боям.
Войну возглавляемый Петром Николаевичем авиаотряд встретил в составе 3-й армии Юго-Западного фронта. Уже первые боевые вылеты показали высокую эффективность разработанных штабс-капитаном Нестеровым методик проведения бомбометаний, воздушного боя и разведки. Он и его подчиненные воевали прекрасно, не зря же австрийское командование официально объявило о крупной денежной награде тому, кто сможет сбить Нестерова, летавшего на новом самолете «Моран-G».
26 августа 1914 года в Галиции под городом Жолква (ныне Львовская область) Нестеров поднял свой «Моран» в последний полет. В этот день он уже дважды пытался догнать австрийский «Альбатрос», проводивший разведку русских позиций. В этот раз он догнал самолет, пилотируемый бароном Розенталем, и сбил его таранным ударом. Удержать в воздухе свою поврежденную машину Нестерову не удалось. Совершив первый в истории авиации таран, Петр Николаевич Нестеров погиб.
Хоронили героя 31 августа в Киеве при громадном стечении народа. В Никольском военном соборе было проведено отпевание, затем траурная процессия направилась к Аскольдовой могиле, где под залпы артиллерийского салюта и траурные звуки военных оркестров состоялось погребение. Позже могилу Нестерова перенесли на Лукьяновское кладбище.
За свой подвиг штабс-капитан Нестеров был посмертно награждён орденом Святого Георгия 4 степени. Городок Жолква, под которым был совершен первый авиационный таран, до 1992 года носил имя Нестерова. В городе был установлен памятник летчику. Но парадоксы нашего времени — теперь на нестеровском постаменте установлена статуя оуновца Евгения Коновальца. В наши дни памятники герою стоят в Киеве и на его родине в Нижнем Новгороде, его имя носят летные школы и авиаклубы, памяти Петра Нестерова посвящаются престижные международные соревнования по авиаспорту, а победители первенства мира по высшему пилотажу получают переходящий приз — кубок Нестерова. Указом