Пётр Васильевич родился 11 января (24 января) 1907 года в селе Убей Буинского уезда Симбирской губернии (ныне Дрожжановскому району РТ), в семье учителя. Отец — Василий Степанович, мать — Елена Герасимовна Дементьевы. Трудовую деятельность начал в 1922 года рабочим. После окончания Убеевской сельской школы Пётр Васильевич учился в Симбирском (Ульяновском) профессионально-техническом училище. В 1927 году он поступил в Московский механический институт имени М. В. Ломоносова, но уже через два года перевёлся в Военно-воздушную инженерную академию имени профессора Н. Е. Жуковского, которую окончил в 1931 году. После успешного завершения учёбы Пётр Васильевич в числе наиболее талантливых выпускников был направлен в Научно-исследовательский институт гражданского воздушного флота, а через три года попросился на конкретный производственный участок. В 1934—1941 года он проделал путь от начальника цеха Московского авиационного завода № 81 до главного инженера и директора Государственного авиационного завода № 1 (Московского самолетостроительного завода).
В 1938 году Пётр Васильевич вступил во Всесоюзную Коммунистическую Партию (большевиков).
Труженик тыла. В 1941 году он был назначен первым заместителем народного комиссара (с 1946 года — министра) авиационной промышленности СССР, проработав в этой должности до 1953 года. Во время войны отвечал за серийный выпуск самолетов.
В 1941 году Пётру Васильевич у в числе первых руководителей авиационной промышленности за выполнение заданий правительства по созданию и выпуску новой авиационной и специальной техники было присвоено звание Героя Социалистического Труда.
В 1952 году, на XIX-м съезде КПСС, он был избран кандидатом в члены Центрального Комитета КПСС, членом которого он стал в 1956 году. В 1953 году Пётр Васильевич стал лауреатом Сталинской премии.
В марте 1953 года, когда Министерство авиационной промышленности СССР вошло в Министерство оборонной промышленности СССР, курировавшееся Л. П. Берией, Пётр Васильевич потерял свой пост. После смещения и ареста Л. П. Берии, в августе 1953 года он был назначен Министром авиационной промышленности СССР, встав во главе советского авиапрома почти на четверть века — до самой своей смерти в 1977 году. (с 1957 года — в качестве председателя Государственного комитета Совета министров СССР по авиационной технике — министра СССР, с 1963 года — председателя Государственного комитета по авиационной технике СССР, а с 1965 года — вновь Министра авиационной промышленности СССР).
Пётр Васильевич являлся делегатом XX — XXIV съездов КПСС, депутатом Верховного Совета СССР 4-го — 8-го созывов.
Награды:
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 8 сентября 1941 года за выдающиеся достижения в области организации и осуществления серийного производства новых типов боевых самолётов П. В. Дементьеву присвоено звание Героя Социалистического Труда с вручением ордена Ленина и золотой медали «Серп и Молот».
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 21 января 1977 года за большие заслуги в развитии авиационной промышленности и в связи с семидесятилетием со дня рождения П. В. Дементьев награждён орденом Ленина и второй золотой медалью «Серп и Молот».
9 орденов Ленина (в том числе 5 марта 1939г., 8 сентября 1941г., 25 мая 1944г., 6 декабря 1949г., 23 января 1957г., 24 января 1967г., 25 октября 1971г., 21 января 1977г.);
орден Красного Знамени (30 декабря 1956г.);
орден Кутузова 1-й степени (16 сентября 1945г.);
орден Суворова 2-й степени (19 августа 1944г.);
2 ордена Трудового Краного Знамени (31 декабря 1940г.; 22 июля 1966г.);
орден Красной Звезды (17 мая 1951 г.);
медаль «За боевые заслуги» (3 ноября 1944г.);
другие медали;
Сталинская премия (1953г.)
Скончался Пётр Васильевич 14 мая 1977 году и был похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.