Rojen je bil v Šentrupertu ravnatelju Aleksandru Lunačku in materi Mariji (roj. Tekavčič). Od desetih otrok so otroštvo preživeli le štirje: Aleksander (1896–1969), pravnik, Anica (1897–1918), učiteljica, Franci (1903–1944), učitelj, in Pavel, zdravnik. Po končani srednji šoli je Pavel najprej odšel na študij v Zagreb, kjer je sprva študiral gozdarstvo. Kmalu se je odločil za študij medicine, ki jo je študiral v Ljubljani, Gradcu in Zagrebu, kjer je leta 1927 diplomiral.
Leta 1928 je nastopil službo sekundarija v brežiški bolnišnici, julija 1930 pa je bil imenovan za sekundarija v bolnišnici za ženske bolezni v Ljubljani. Izpopolnjeval se je na rentgenskem inštitutu v Zagrebu (1932), na Curiejevem zavodu v Franciji, kjer je preučeval zdravljenje raka (1937–1939), v Belgiji, Nizozemski, Italiji in Veliki Britaniji. Leta 1939 je bil imenovan za primarija bolnišnice za ženske bolezni v Ljubljani. Junija 1941 je postal član zdravniškega matičnega odbora OF za Ljubljano, 28. maja 1942 se je pridružil partizanskemu gibanju. V NOV je bil najprej upravnik Slovenske centralne partizanske bolnišnice, ki so jo odprli 15. junija 1942. Po roški ofenzivi so izdelali in zgradili zakonspirirane oddelke partizanske bolnice. Od decembra 1943 je bil polkovnik JLA in šef sekcije za bolnice pri sanitetnem oddelku generalštaba. Oktobra 1943 je bil na kočevskem zboru izvoljen za člana SNOS in se je kot delegat udeležil 2. zasedanja AVNOJ-a v Jajcu. Po vrnitvi v Slovenijo je kot šef sekcije za bolnice organiziral bloke bolnic z enotno administracijo po Sloveniji.
Po osvoboditvi je prevzel vodstvo Bolnice za ženske bolezni v Ljubljani in 31. julija istega leta postal njen predstojnik in profesor ginekologije in porodništva na Medicinski fakulteti Univerze v Ljubljani. V letih 1950–1953 je bil dekan Medicinske fakultete, v letih 1953–1954 pa rektor Medicinske visoke šole. Leta 1954 je postal redni član SAZU.
Uvedel je strog higienski režim in uspešno zajezil veliko okužb in bolezni, razvil je omrežje stacionarnih in ambulantnih zavodov, dispanzerjev za zdravstveno in socialno varstvo žena, mater in otrok. Svojo doktrino je razširil tudi na oddelke v splošnih bolnišnicah in nazadnje v vseh zdravstvenih domovih ter pripomogel, da se je bistveno zmanjšala umrljivost mater in otrok. Njegov učbenik Porodniške operacije je bil osnovni učbenik mnogim generacijam porodničarjev. Je dvakratni prejemnik Prešernove nagrade (1950 in 1951). Po njem se od 2. aprila 1983 imenuje osnovna šola v Šentrupertu, režiser Zdravko Pečenko pa je leta 2007 po scenariju Metke Jakšič posnel igrano-dokumentarni film o življenju in delu Pavla Lunačka z naslovom Vdih življenja.
Z ženo Anico sta imela štiri sinove: arhitekta Igorja, Bogdana, tonskega mojstra Borisa in psihiatra, psihoanalitika in primerjalnega književnika Matjaža Lunačka. Med njegovimi vnuki sta najbolj prepoznavna glasbenik Rok Lunaček in doktor filozofije in ilustrator Izar Lunaček.
Knjižne publikacije:
Mati in dete, 1946 (v sodelovanju z drugimi avtorji, več ponatisov)
Porodniške operacije. I. del, Operacije na porodnem objektu, 1950
Prešernova nagrada, 1950 (za organizacijo ginekološke klinike v Ljubljani)
Prešernova nagrada, 1951 (za knjigo Porodniške operacije)
Dr. Pavel Lunaček: ob stoletnici rojstva. Ljubljana: Karantanija; Šentrupert: Osnovna šola dr. Pavla Lunačka, 2000.
Enciklopedija Slovenije, zv. 6: Krek-Marij. Ljubljana: Mladinska knjiga, 1992, str. 338.