Походив із старовинного чигиринського козацького роду, внук гетьмана Михайла Дорошенка. Здобув добру освіту, володів кількома іноземними мовами. З початком Визвольної війни служив у війську Б. Хмельницького — спочатку рядовим козаком, потім писарем Чигиринського полку. Політичну діяльність розпочав як посол Б. Хмельницького до короля Швеції Карла Х Густава в 1657 р. Того ж року був призначений полковником прилуцьким. Підтримував І. Виговського, брав участь у придушенні повстання М. Пушкаря й Я. Барабаша. За гетьманування Ю. Хмельницького - полковник чигиринський, учасник підписання Слободищенського трактату 1660 р. За гетьмана П. Тетері служив генеральним осавулом, брав участь у поході Яна Казимира на Лівобережну Україну. В 1665 р. посів уряд черкаського полковника і того ж року обраний гетьманом Правобережної України. Провів ряд важливих реформ внутрішнього державного життя, зокрема, створив постійне наймане військо сердюків, встановив нову митну лінію і почав карбувати власну монету. Одночасно розгорнув активну зовнішньополітичну діяльність. Після укладення урядами Москви і Польщі Андрусівської угоди повів боротьбу за відновлення незалежної соборної України, спираючись на татар і турків. Змусивши польського короля визнати автономію Правобережної України, в 1668 р. здійснив похід на Лівобережжя, де був проголошений гетьманом обох берегів Дніпра. Після повернення на Правобережжя проти П. Дорошенка виступили наставлений Москвою лівобережним гетьманом Д. Многогрішний і запорожець П. Суховій, а пізніше польський агент М. Ханенко. Опинившись у скрутній ситуації, П. Дорошенко уклав у 1669 р. угоду з турецьким султаном про перехід України під владу Порти. Перемігши з турецькою допомогою противників, втягнувся в боротьбу з гетьманом Лівобережної України І. Самойловичем, якого підтримувала Москва. Після руйнівної війни 1674— 1676 рр. зрікся гетьманства на користь І. Самойловича. Поселений в Сосниці, незабаром був вивезений до Росії, де перебував у почесному засланні. Був воєводою у В'ятці (1679—1682 рр.). Потім жив у подарованому царем селі Ярополче під Москвою, де помер і похований.