Потомок древнего аристократического рода, он 9 лет провел в лагерях ГУЛАГа, а в кино сыграл роль сельского коммуниста. Родившись в Москве, он многие годы был вынужден жить в провинции. Начав актерскую карьеру на театральной сцене, известным стал после выхода на экран фильма «Тени исчезают в полдень», где сыграл свою первую кинороль. Тогда ему было уже за сорок. Такие противоречия и составляют биографию актера.

7 декабря народному артисту РСФСР Петру Сергеевичу Вельяминову могло бы исполниться 86 лет.

Петр Сергеевич вспоминал: «В Свердловском театре я играл в спектакле "Кандидат партии" молодого рабочего-передовика, который сталкивается с прохиндеем и разрешает конфликтную ситуацию в свою пользу, со свойственной ему открытостью и достоинством. Довольно удачная роль, хотя и в прямолинейной пьесе. Именно этот спектакль пришли посмотреть режиссеры Владимир Усков и Валерий Краснопольский. Моя работа им понравилась. Так я получил приглашение сняться в телефильме "Тени исчезают в полдень" в роли председателя колхоза Захара Большакова». Так началась головокружительная карьера Вельяминова в кино. Многие картины с его участием входят в золотой фонд отечественного кинематографа, и их с удовольствием смотрят зрители разных поколений – «Командир “Счастливой Щуки”», «Вечный зов», «Сладкая женщина», «Пираты ХХ века», «Сувенир для прокурора».

«На артиста надо учиться всю жизнь. Совершая движение от периферии к центру, я учился этому в Тюмени, Дзержинске, Новочеркасске, Чебоксарах, Иванове, Перми, Свердловске, Москве, а теперь учусь в Петербурге. И с упорством носорога повторяю, что учеба – единственное, чем я занимаюсь до сих пор», – говорил артист.

Всего на театральной сцене им сыграно более 150 ролей. Среди его последних киноработ – роли в фильмах «Бандитский Петербург», «Время любить», «Агент национальной безопасности», «Между светом и тенью луны», «Казароза».

За свою творческую и общественную деятельность актер был удостоен звания лауреата Государственной премии СССР, народного артиста Чувашской Республики, кавалера народного ордена «Созидатель Петербурга». В 2002 году он стал обладателем титула «Человек года». 5 июня 2003 года указом президента России Петр Вельяминов награжден орденом «За заслуги перед Отечеством» IV степени.

Актера не стало 14 июня 2009 года.