Павел Мамаев начал заниматься в "Футбольной школе молодежи" (ФШМ), в 2006 г. стал игроком столичного "Торпедо".
В начале 2007 г. перешел в ЦСКА, в октябре 2011 был переведен в молодежный состав клуба из-за нарушений дисциплины. В 2013 г. стал полузащитником ФК "Краснодар".
В июле 2016 года Павел Мамаев вместе с Алексанром Кокориным после проигрыша сборной России на Чемпионате Европы устроил вечеринку в Монте-Карло. Видео из ночного клуба получило широкий общественный резонанс. Руководство "Краснодара" посчитало поведение Мамаева недопустимым, и он был переведен во второй состав.
Это не единственный скандал, в котором оказался замешан футболист. Вместе с Кокориным 8 октября 2018 года он избил в московском кафе чиновника Минпромторга РФ Дениса Пака, а также Сергея Гайсина. Позже выяснилось, что в это же самое утро футболисты нанесли травмы водителю тележурналистки Ольги Ушаковой
9 октября пресс-служба ФК "Краснодар" заявила о намерении расторгнуть контракт с Мамаевым и наложить дисциплинарные санкции, предусмотренные договором. против Кокорина и Мамаева возбуждено уголовное дело по статье "Побои".
Супруга Мамаева, Алена, извинилась за поведение мужа и заявила о том, что подает на развод.