Matką chrzestną Pawlikowskiego była aktorka Barbara Kwiatkowska-Lass, przyjaciółka jego matki.

Ojciec Pawlikowskiego na fali antysemickiej nagonki, będącej następstwem wydarzeń marcowych, już po rozpadzie małżeństwa w 1969 wyjechał do Austrii. W 1971, gdy Paweł Pawlikowski miał 14 lat, wyjechał wraz z matką do Wielkiej Brytanii. Rodzice Pawlikowskiego potem zeszli się w zachodnich Niemczech, gdy ojciec przeniósł się z Austrii. Później mieszkali we Włoszech i we Francji, a następnie na stałe osiedlili się w Anglii. Pierwszy okres pobytu w Anglii spędził w katolickiej szkole pod Londynem prowadzonej przez Zgromadzenie Księży Marianów. Ponieważ nie chciał się uczyć i poddać dyscyplinie, został z niej wyrzucony, w związku z czym ukończył ostatecznie szkołę protestancką.

Na uczelniach w Londynie i Oksfordzie studiował literaturę oraz filozofię, pisał doktorat o austriackim poecie Georgu Traklu. W Oksfordzie zapisał się również na warsztaty filmowe, po których przerwał karierę naukową. W 1986 otrzymał staż w BBC i zajął się tworzeniem filmów, początkowo dokumentalnych.