В 1894 году окончил Киевскую 4-ю гимназию. В старших классах стал занимался в Киевской рисовальной школе Н. Мурашко. Затем учился в Университете Св. Владимира, окончив его со специальностями математика и минералогия, и сразу же преподавал физику в Киевской технической школе. В начале 1900-х годов в числе группы учителей Пётр Холодный был основателем частной коммерческой школы в Киеве. С 1908 по 1917 годы он был директором этой школы, где обучались и его дети.
До 1910 года Холодный писал картины «для себя», его работы оценивала жена и дети. Впервые свои произведения он представил на художественной выставке в 1910 году в Киеве. В 1911 году вместе с профессиональными художниками В. Кричевским, Ф. Красицким и Н. Беляшевским при содействии А. Олеся Пётр Холодный основал «Организацию украинских пластиков». В 1917 году он участвовал в создании Национальной галереи в Киеве. А когда 18 марта 1917 года в городе была основана Первая Киевская украинская гимназия, её директором стал Холодный.
Кроме преподавательской и художественной работой, он занимался государственной и общественной деятельностью. В июне 1917 года было создано первое правительство независимой Украины — Генеральный секретариат, где генеральным секретарём по делам образования стал И. М. Стешенко, а его заместителем — П. И. Холодный. В конце 1917 года начала работать комиссия по созданию Украинской государственной Академии искусств, в неё вошёл и Пётр Холодный. Комиссия разработала статут и выбрала профессоров Академии, которая заработала в конце 1917 года (её торжественное открытие состоялось 5 декабря 1917 года).
В 1918 году Холодный был приглашен в правительство Украинской Народной Республики на должность министра образования. В октябре 1918 года он присутствовал на открытии Каменец-Подольского государственного университета. После ликвидации УНР он вместе с правительством эмигрировал в Тарнув в Западной Галиции, где оказался в польском лагере интернированных.
В 1922 году переехал во Львов и в том же году стал одним из основателей и руководителей художественного объединения «Кружок деятелей украинского искусства» (КДУИ), которое просуществовало до 1927 года.
В 1920-е годы П. И. Холодный в основном занимался художественным творчеством — писал иконы, выполнял росписи и проектировал витражи. Участвовал во львовских выставках (1922—1926) и на выставке украинской книжной продукции издательства «Западная Украина» (1929). В 1931 году в Национальном музее Львова состоялась мемориальная выставка Холодного, на которой было представлено более 350 произведений, написанных им за десять лет работы во Львове.[3]
За свою жизнь Холодный создал порядка 400 разножанровых произведений. В 1952 году большинство его работ было уничтожено как «образцы буржуазного националистического искусства», настенные росписи — закрашены[4]. На сегодня некоторая часть работ художника находится в музеях Львова и Винницы, оставшиеся хранятся в частных коллекциях Украины, Канады, Германии, США и Чешской республики.
