Родился 12 июля 1915 года в селе Заброды Богодуховского района Харьковской области, в бедной крестьянской семье. Отец — Тронько Тимофей Федорович (1890—1920). Мать — Тронько Евдокия Алексеевна (1892—1988). Супруга — Тронько Валентина Ивановна (1918 г. рожд.). Дочь — Тронько Лариса Петровна (1937 г. рожд.), кандидат технических наук, ученый секретарь Института автоматики НАН Украины.

Детство Петра Тронько было трудным. Отец умер в 1920 году от тифа, и, как старший в семье, Петр помогал матери воспитывать брата Дмитрия и сестру Анну. С 1922 по 1932 год он учился сначала в Забродовской начальной, а затем в Богодуховской неполной средней школе и в техникуме. В 1931 году юноша связал свою судьбу с комсомолом. В одной из своих «Автобиографий», написанных в последнее время, Петр Тимофеевич скажет: «История моей жизни составляет часть истории моей Отчизны послеоктябрьского периода с ее героическими и трагическими страницами».

Трудовая деятельность П.Т. Тронько началась в 1932 году на шахте в городе Дзержинске Донецкой области. После окончания учительских курсов он работал преподавателем в школе, потом помощником директора училища механизаторских кадров в селе Кленовое Богодуховского района. Тронько избирался депутатом сельского Совета, делегатом районного съезда советов, секретарем сельской и заводской комсомольских организаций. Он принимал активное участие в ликвидации неграмотности тружеников села, воспитании молодых колхозников, становлении нового быта и культуры. Активную комсомольскую работу Петр Тронько продолжил на должности заместителя директора Лебединского сельскохозяйственного профтехучилища, на военной службе в Ейском училище морских летчиков, а затем, работая директором Лебединского детского дома.

В конце 1937 года П.Т. Тронько переходит на работу в комсомольские органы: сначала заведующим отделом пропаганды, потом первым секретарем Лебединского райкома комсомола, а через год он стал членом ВКП(б) и был избран секретарем Сумского обкома комсомола. Комсомол в те годы проводил огромную работу по мобилизации молодежи на строительство промышленных предприятий, укреплению колхозного строя, осуществлению культурной революции.

После освобождения в сентябре 1939 года Красной Армией западных областей Украины П.Т. Тронько в составе группы партийных, советских и комсомольских работников был направлен туда для оказания помощи в становлении органов народной власти. Избирался депутатом Народного собрания Западной Украины. Принимал деятельное участие в провозглашении советской власти и в работе по воссоединению западных областей с Украинской ССР в составе единого Советского государства. Тронько ведет активную комсомольскую работу: решением ЦК ЛКСМУ он утверждается секретарем оргбюро ЦК ЛКСМУ по работе среди молодежи Станиславского воеводства, затем первым секретарем Станиславского обкома комсомола, избирается членом бюро обкома партии, делегатом XII съезда ЛКСМУ, членом ЦК Комсомола Украины, депутатом Станиславского областного Совета депутатов трудящихся, принимает активное участие в создании комсомольских организаций, оказывающих большую помощь партийным организациям в укреплении советской власти, создании на селе коллективных хозяйств, ликвидации нищеты, безработицы, эпидемий, неграмотности.

С первых дней Великой Отечественной войны П.Т. Тронько на политработе в действующей армии: он — помощник начальника политотдела по работе среди комсомольцев 26-го района авиабазирования, маневренной авиагруппы и 8-й воздушной армии. В приказе начальника политотдела 8-й воздушной армии его работа оценена следующим образом: «Находясь в Действующей армии с первых дней Отечественной войны на ответственных постах, тов. Тронько провел большую и плодотворную работу по воспитанию молодых воинов-офицеров, сержантов и бойцов частей Армии, поднимая их на беззаветную борьбу с немецкими оккупантами. Делу победы над врагом тов. Тронько отдал всю свою энергию, знания и свой многолетний опыт... Отмечая плодотворную работу по воспитанию молодых офицеров и бойцов частей Армии, майору тов. Тронько Петру Тимофеевичу объявляю благодарность и ставлю в пример всем работникам по Армии».

В составе войск Юго-Западного, Сталинградского, Южного и 4-го Украинского фронтов П.Т. Тронько прошел тяжелыми дорогами войны, участвовал в обороне Киева и Сталинграда, в освобождении Ростова и Донбасса. За мужество и героизм, проявленные в борьбе с немецко-фашистскими захватчиками в годы Великой Отечественной войны, П.Т. Тронько награжден орденами и медалями.

В октябре 1943 года П.Т. Тронько был отозван из действующей армии и утвержден первым секретарем Киевского областного и городского комитетов комсомола. 6 ноября он вошел в только что освобожденный Киев, где начался новый важный этап в его жизни — мобилизация молодежи и ее авангарда — комсомола на восстановление разрушенных городов и сел Киевской области. В 1946 году П.Т. Тронько был избран вторым секретарем ЦК ЛКСМУ, принимал участие в работе учредительной конференции Всемирной федерации демократической молодежи, состоявшейся в Лондоне. Комсомол, в рядах которого П.Т. Тронько прошел путь от секретаря первичной организации до секретаря ЦК ЛКСМУ, воспитал в нем качества, необходимые для последующей работы в партийных и государственных органах — деловитость, идейность, организаторские способности и умение работать с людьми, комсомол помогал ему быть всегда молодым душою.

В 1947 году Петр Тимофеевич был рекомендован на учебу в Высшую партийную школу при ЦК ВКП(б), а через год его зачислили в аспирантуру Академии общественных наук при ЦК ВКП(б), где он в 1951 году защитил кандидатскую диссертацию на тему: «Комсомольское подполье Советской Украины в борьбе против гитлеровских захватчиков в годы Великой Отечественной войны». В том же году он возглавил отдел науки и вузов Киевского обкома КП(б)У, а в 1952—1961 годах работал секретарем этого же обкома и заведующим отделом пропаганды и агитации ЦК Компартии Украины.

В марте 1961 года П.Т. Тронько был назначен заместителем Председателя Совета Министров УССР. На этом посту он провел значительную роботу по развитию просвещения, профессионально-технического, среднего специального и высшего образования, культуры, здравоохранения, физкультуры и спорта, неоднократно возглавлял делегации работников науки и культуры Украины за рубежом. В должности заместителя председателя Совмина УССР и председателя Украинского общества охраны памятников истории и культуры П.Т. Тронько проводил активную работу по выявлению, охране, изучению и пропаганде историко-культурного наследия, по сооружению многочисленных новых памятников, обелисков и мемориалов, созданию музеев и историко-культурных заповедников. Петр Тимофеевич участвовал в сооружении музея-мемориала истории Великой Отечественной войны в Киеве.

П.Т. Тронько неоднократно представлял Украину за рубежом. В 1965 году он возглавлял делегацию УССР на XX сессии Генеральной Ассамблеи ООН, а в 1967 году — на Международной выставке «ЭКСПО-67» в Монреале.

Работу в государственных и партийных органах он успешно сочетал с научной деятельностью. В 1968 году защитил докторскую диссертацию на тему: «Украинский народ в борьбе против гитлеровских захватчиков в годы Великой Отечественной войны». В его трудах освещены многогранные процессы истории советского общества, культурного строительства, развитие и укрепление дружбы народов, достижения Украины. Особое место среди работ тех лет занимают исследования, посвященные истории комсомола, его героическим подвигам в борьбе с немецко-фашистскими захватчиками; к ним относятся «Бессмертие юных», «В боях за Родину», «Подвиг твоих отцов» и др., которые получили заслуженное признание научной общественности и широких кругов читателей.

Целеустремленно и плодотворно П.Т. Тронько работал также над другими проблемами Великой Отечественной войны. Он один из авторов, руководитель авторских коллективов, ответственный редактор, член редколлегии ряда фундаментальных исследований по этой проблеме. Среди них — «История Украинской ССР», «История Киева», «Киев» из серии «История городов и сел Украинской ССР», «Украинская ССР в Великой Отечественной войне Советского Союза. 1941—1945 гг.», сборник документов «Киевщина в годы Великой Отечественной войны» и др.

Одним из важных аспектов научной и организаторской деятельности П.Т. Тронько было руководство созданием «Истории городов и сел УССР» в 26 томах — капитального труда объемом почти в 2,4 тысячи печатных листов. В состав Главной редакционной коллегии, председателем которой был утвержден П.Т. Тронько, вошли видные ученые республики: историки, экономисты, правоведы и литературоведы. А всего к написанию этого фундаментального труда было привлечено свыше 100 тысяч человек: авторов, научных рецензентов, консультантов, библиографов, редакторов, иллюстраторов и т.д. Это издание стало наиболее полной летописью населенных пунктов Украины. «В целом эта работа, вышедшая за рамки традиционного краеведения, является новым начинанием в практике советской и мировой науки», — отмечалось в постановлении Отделения истории АН СССР. Организаторам создания этого труда, в том числе и П.Т. Тронько, в 1976 году была присуждена Государственная премия СССР в области науки и техники. Свыше 100 участников подготовки этого издания отмечены наградами УССР. В целом П.Т. Тронько опубликовано свыше 500 научных трудов, в том числе 15 индивидуальных монографий.

В апреле 1978 года П.Т. Тронько перешел на работу в Академию наук Украинской ССР, он был избран академиком Академии наук УССР и ее вице-президентом. Под его руководством было создано Отделение краеведческих исследований в составе двух отделов: отдел научного обеспечения Свода памятников истории и культуры народов СССР по Украинской ССР и отдел исторического краеведения. Сравнительно небольшие коллективы этих отделов за небольшой срок написали ряд фундаментальных работ по этой теме.

П.Т. Тронько заслуженно называют «патриархом современной школы историков-краеведов». Но он не оставляет и темы комсомола, Великой Отечественной войны, проводит большую роботу по укреплению международных связей с учеными зарубежных стран, он возглавил деятельность оргкомитета по подготовке и проведению IX Международного съезда славистов, который проходил в Киеве в сентябре 1983 года. Он один из основателей и руководителей Украинского общества охраны памятников истории и культуры, а также председатель Всеукраинского союза краеведов.

П.Т. Тронько избирался делегатом XXII, XXIII, XXV съездов КПСС, ХVI—ХХVII съездов Компартии Украины, на ХХII—ХХV съездах КПУ избирался членом ЦК КПУ, неоднократно избирался членом областных и городских партийных комитетов, Советов народных депутатов. П.Т. Тронько избирался депутатом Верховного Совета УССР 2-го и 5-11-го созывов, был заместителем председателя Комиссии Верховного Совета УССР по культуре.

За заслуги перед Родиной, за ратные и трудовые подвиги П.Т. Тронько награжден орденами Ленина, Октябрьской Революции, четырьмя орденами Трудового Красного Знамени, Отечественной войны I степени, Красной Звезды, Дружбы народов, украинскими орденами «За заслуги» III степени, Богдана Хмельницкого II и III степени, 20 медалями, Почетными Грамотами Президиумов Верховных Советов Украинской (дважды), Белорусской и Эстонской ССР. Он удостоен высокого звания «Герой Украины». Ему присуждены Государственная премия СССР, премия Ленинского комсомола и республиканская премия Николая Островского, денежные суммы от которых он передал на сооружение мемориала на Поклонной горе в Москве. Является почетным гражданином ряда украинских городов и почетным профессором ряда вузов.

Живет в Киеве.