Родился 16 (28) января 1874 года в Москве, в семье греческого происхождения. Сын купца 1-й гильдии[2]. Имел родственные связи с московскими родами Морозовых, Алексеевых и Корша. Летнее время проводил вместе с братьями в подмосковном имении князя Голицына Кузьминки.
В период 1900-х в манере символизма написал ряд картин, картин-«сновидений», а также стилизованные «галантные» сцены: «Ангел Печали», «Звон», «Волшебная роза», «Печальные птицы», «Пастораль», «Les Galants», «Шум моря». Сотрудничал с журналом «Золотое руно» и участвовал в выставках, устраивавшихся редакцией. Наиболее характерны аллегорические образы художника (ангелов, пейзажей-«миражей» и т. д.), написанные в виде красочных феерий, приближающихся к орнаментальной абстракции.
В апреле 1907 года вместе с братом был одним из организаторов московской выставки «Голубая роза». В 1910 году вышел из «Союза русских художников» вместе с группой А. Н. Бенуа и стал одним из учредителей объединения «Мир искусства», а в 1912—1916 годах входил в его комитет.
С началом Первой мировой войны был призван в 12-ю Сибирскую стрелковую артиллерийскую бригаду, за боевые отличия был награжден четырьмя орденами[2]. 20 сентября 1915 года произведен в подпоручики главнокомандующим армиями Западного фронта (производство утверждено Высочайшим приказом от 21 февраля 1916). Позднее был командирован в штаб 7-го Сибирского армейского корпуса, где состоял адъютантом генерала Радко Дмитриева.
В июне 1917 года по ходатайству ряда видных московских деятелей культуры был в числе 23 художников освобождён от воинской повинности и демобилизован. В 1918 году выехал в Ялту, где работал председателем Комиссии по охране художественных сокровищ Крыма, в которую входили С. К. Маковский, И. Я. Билибин, М. А. Волошин, Д. В. Айналов, С. Елпатьевский и другие.
В эмиграции
В 1920 году эмигрировал сначала в Софию, где его мастерскую посещал царь Борис, а с 1921 по 1922 годы работал в Берлине. В ноябре 1921 года стал одним из учредителей Дома искусств.
В 1925 году побывал в Америке, а позднее путешествовал по Италии, Испании, Голландии и Германии. С 1929 по 1930 году преподавал в Русской академии Т. Л. Сухотиной-Толстой. В 1931 году стал членом правления Союза деятелей русского искусства во Франции, а с 1933 года — членом секции художников, созданной при союзе. Одним из его учеников в Париже являлся Леонид Успенский.
В работах 1930-х годов преобладали портреты (А. Н. Бенуа, Н. А. Тэффи, Т. Л. Сухотина-Толстая, Ф. И. Шаляпин). В 1938 году французское правительство приобрело его автопортрет. Также неоднократно жертвовал свои картины для благотворительных лотерей в пользу Комитета помощи русским писателям и ученым, Московского землячества, Союза бывших деятелей русского судебного ведомства и др.
С 1940 по 1942 году проживал в Биаррице, где выполнил серию рисунков «Разрушения и бедствия войны» и участвовал в групповых выставках. В 1942 году вновь вернулся в Париж, где много работал и исполнил ряд автопортретов. В 1949 году был членом Комитета по организации мемориальной выставки М. Д. Рябушинской, а в 1958 году членом Комитета по сбору средств на издание биографии К. А. Коровина, членом Общества охранения русских культурных ценностей.
Скончался 26 декабря 1962 года в госпитале Кошен в Париже и похоронен на кладбище в Сент-Женевьев-де-Буа. После смерти художника почитательница его таланта Л. Панаева отправила его картины в Москву. С 1986 года работы экспонируются на выставках в Москве и Петербурге. Представлен в собраниях ГРМ, ГТГ, музеях Парижа, Белграда, Софии, Праги и Мальмё. Архив художника хранится у его внучки Е. Миллиоти в Москве.
Внучка — Миллиоти (Ванина) Наталья Павловна (род. 26 мая 1941, Москва), муж — Ванин Евгений Николаевич, майор медицинской службы, дочь — Ванина (Солодовник) Оксана Евгеньевна (род. 19 октября 1973)