Петр Мамонов родился 14 апреля 1951 года в Москве. С юных лет он писал стихи, устраивал спектакли и выступал в школе с собственной группой «Экспресс». В начале восьмидесятых годов прошлого века Мамонов основал группу «Звуки Му», которая вошла в анналы советского, российского и зарубежного рока как уникальный самобытный андеграундный коллектив, превращавший на сцене каждую песню в своеобразный спектакль.
В качестве актера Петр Мамонов дебютировал в 1988 году, сыграв Доктора культовом фильме «Игла». Затем была яркая роль саксофониста Лехи в «Такси-блюз», а съемки в лентах Павла Лунгина «Царь» и «Остров» принесли ему множество наград.
Врачи более двух недель боролись за жизнь Петра Мамонова — в конце июня его госпитализировали в больницу в Коммунарке с коронавирусом в тяжелом состоянии. Врачи ввели 70-летнего актера, перенесшего в 2019 году инфаркт и операцию на сердце, в медикаментозную кому, из которой актер так и не вышел.