Родился в семье священника. Окончил Петербургский горный институт (1900).

Принимал участие в геологических работах на Урале, в Восточной Сибири, исследованиях в Ленском золотоносном районе (с 1903), Забайкалье (с 1915), Тургайской области (с 1918), изысканиях железнодорожной трассы Уфа — гора Магнитная и др.

Член Государственной Думы из фракции трудовиков. Занимал пост во Временном правительстве «по народному образованию» (1917). Товарищ министра и министр просвещения во Временном Сибирском правительстве А. В. Колчака (1919). Коммунистическим судом в Омске приговорен к тюремному заключению, замененному «заключением на время гражданской войны» (1919).

Профессор Пермского и Уральского университетов (1920–1924). Старший геолог Геологического комитета при ВСНХ СССР, Центрального научно-исследовательского геологоразведочного института (1924–1938). Один из организаторов и главный геолог Всесоюзного НИИ галургии (1939–1941). Исполняющий обязанности директора (1941–1943), заместитель директора Института горнохимического сырья (1943–1944).

Разработал методику поисков и разведки соляных месторождений, был инициатором применения гравиметрии для изучения строения соляных залежей, комплексного использования солей с целью извлечения из них брома, бора, рубидия и т. д. Занимался изучением соляных залежей в Ишимбаевском районе Башкирии, соляных озер в Западной Сибири, соляных месторождений в Киргизии и Казахстане. Консультировал разведочные работы на соль и рассолы в районе Иркутского Усолья и в Артемовском р-не на Украине.

Открыл одно из крупнейших в мире Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей (1925) и первое в Приуралье промышленное месторождение нефти в районе Верхнечусовских Городков (1929).

Участник XVII сессии Международного геологического конгресса (1937). Создатель русской научной школы геологов-солевиков. Автор более 50 печатных работ. Доктор геолого-минералогических наук (1935).

Награждён орденами Трудового Красного Знамени, «Знак Почета», медалями СССР. Отмечен нагрудным знаком «Первооткрыватель месторождения».
В честь П. И. Преображен­ского названа улица в г. Березники и месторождение нефти в Уинском районе Пермского края (2007), минерал из подкласса боритов — преображенский.