Будущий актёр появился на свет 7 декабря 1926 года в Москве в семье потомственных дворян. Среди предков его матери были польские аристократы, а отец происходил из древнего генеральского рода — перед революцией окончил Павловское военное училище, а затем вступил в Красную армию и входил в состав высшего командования.
Годы репрессий оказались неблагосклонны к выпускнику царской военной академии — его сослали на стройку Беломорканала, но спустя четыре года глава семейства смог вернуться к родным.
О детских годах, проведённых в столице, Пётр Вельминов всегда вспоминал с особой теплотой — в их доме царила атмосфера уюта, любви и взаимопонимания. Привычный уклад жизни разрушила война. Отец в первых рядах ушёл добровольцем на фронт, причём служил простым рядовым, ведь всех званий и наград его лишили. Однако уже в 1944 году его вновь арестовали и отправили в лагеря.
На этот раз пострадала вся семья — 16-летнего Петра, который едва окончил школу, обвинили в участии в антисоветской деятельности и приговорили к исправительным работам под Архангельском. Уже в лагере юношу застала весть об аресте матери.
Удары судьбы оказались слишком болезненными для неокрепшего ума — Пётр решил, что жить ему больше незачем, и попытался вскрыть себе вены. К счастью, попытка оказалась неудачной и его удалось спасти. А впереди его ждало ещё больше испытаний. Из-за нечеловеческих условий работы и невыносимого стресса юный организм таял на глазах.
Вскоре Пётр уже не мог нормально существовать — его вес упал до критических 47 килограммов, когда молодого человека наконец отправили на лечение в лазарет. Здесь ему впервые повезло: медсестрой оказалась добрая женщина из Москвы, с дочерью которой Вельяминов учился в одной школе. Она выходила парня, так что тот сумел восстановиться и накопить силы.
Вскоре ему выпал шанс стать музыкантом в лагерном оркестре — в своё время Пётр учился в музыкальной школе по классу скрипки, так что опыт у него имелся.
В общей сложности Вельяминов провёл в лагерях долгие 9 лет и 9 дней, а впоследствии из заключения освободили и его родителей. Пётр вышел на свободу в 26 лет, но перспективы на будущее открывались не слишком радужные — селиться в крупных городах ему было запрещено, да и устроиться на работу, имея за плечами судимость, оказалось совсем непросто.
Три года он работал на лесоповале под Абаканом, одновременно играя в местном театре. Здесь он впервые вышел на сцену — в образе Максима Кошкина в постановке «Любови Яровой».
После успешного дебюта Пётр Вельяминов долго не мог найти то место, которое стало был для него вторым домом. Он успел поработать в театрах Дзержинска, Новочеркасска, Чебоксар, Иваново, Перми, пока наконец не обосновался в Свердловске. Именно здесь талантливого самородка заметили столичные режиссёры Валерий Усков и Владимир Краснопольский и пригласили его сыграть председателя колхоза Захара Большакова в многосерийной ленте «Тени исчезают в полдень».
Вельяминов блестяще использовал предоставившийся ему шанс и так убедительно вжился в образ деревенского головы, что зрители и не подозревали, что он потомственный столичный дворянин. Лента имела огромный успех, а 46-летний актёр моментально прославился на всю страну.
В одночасье став звездой, Пётр Вельяминов смог наконец вернуться в Москву и воссоединиться с семьёй.
Его приняли в труппу «Современника», а режиссёры буквально засыпали актёра новыми предложениями о съёмках. Следом вышли картины «Командир счастливой „Щуки“», «Вечный зов», «Пираты XX века», «Возвращение резидента», которые сделали Вельяминова одним из самых популярных советских актёров своего времени.
За ним закрепилось ампула настоящего мужчины — благородного, отважного, порядочного. В середине 80-х Вельяминов был полностью реабилитирован и получил звание народного артиста.
В личной жизни популярного актёра было не меньше крутых виражей, чем в его творческой биографии. Впервые он женился на актрисе Людмиле Нюхаловой, с которой познакомился в Абакане. Пётр как родных принял её детей от первого брака, а вскоре у них родилась общая дочь Екатерина. Однако спустя несколько лет супруги приняли решение развестись, и Людмила уехала в детьми в Омск.
Вторую жену Пётр Вельяминов встретил в Дзержинске — актриса Галина Гришина подарила ему сына Сергея и дочь Ирину. Официально они были вместе восемь лет: правда Галина все это время оставалась дома с детьми, а Пётр успел поездить по всей стране. Когда на волне популярности актёра пригласили в Москву, он забрал с собой сына, а жена отказалась переезжать и осталась в Дзержинске с дочкой.
В столице у Вельяминова случился краткосрочный третий брак с актрисой Галиной Добровольской. Вскоре он в четвёртый раз отправился в ЗАГС с художницей Еленой Маневич. Эти отношения оказались более долговечными — Пётр усыновил сына супруги от предыдущего брака Мишу и, казалось, окончательно остепенился. Однако спустя десять лет Елена узнала об измене.
На съёмках в Ленинграде 58-летний актёр буквально потерял голову от 27-летней работницы банка Татьяны Танаковой. Несмотря на большую разницу в возрасте пара оказалась очень гармоничной. Супруги сумели найти полное взаимопонимание и прожили вместе тридцать счастливых лет.
Лишь об одном они вспоминали с сожалением — что судьба не дала им общих детей. В браке Татьяна пережила одну неудачную беременность и потеряла ребёнка на позднем сроке.
Жизнь старших наследников знаменитого актёра сложилась по-разному. Все они стали продолжателями творческой династии. Екатерина Вельяминова служит в Омском ТЮЗе и получила звание заслуженной артистки. Актриса вышла замуж за композитора Юрия Орлова и родила дочек Наташу и Серафиму.
Ради девочек она восстановила связь с отцом спустя тридцать лет разлуки и познакомила малышек со знаменитым дедом.
Сергей Вельяминов окончил Школу-студию МХАТ. По настоянию отца парень отслужил в армии, потом снялся в паре фильмов, но в итоге решил заняться бизнесом. Вельяминов-младший был женат на дочери Георгия Буркова Марии, в браке с которой родился сын Жора. Однако супруги быстро развелись и Сергей почти не участвовал в воспитании сына.
Его сестра Ирина Вельяминова не без помощи отца поступила в Щукинском училище, но получить диплом так и не смогла. Она забеременела и вышла замуж за своего сводного брата Михаила — сына Елены Маневич. Уже тогда у Иры обнаружилось пристрастие к крепким напиткам, и вскоре молодые люди развелись.
Её второй брак с реставратором Александром Головченко тоже оказался скоротечным. Проблемы с алкоголем лишь усугублялись и однажды привели к трагедии: в пьяном угаре Ирина ударила новорождённую дочь Лизу ножом и попыталась поджечь квартиру. К счастью, малышку удалось спасти. Пётр Вельяминов был в ужасе от содеянного его дочерью и говорил, что алкоголь разрушил не только её разум, но и душу.
Несколько поколений предков Петра Вельминова были масонами. В середине 90-х актёр и сам вступил в петербургскую масонскую ложу. За годы членства он дошёл до второй степени — подмастерья. Его последнее появление на экране состоялось в 2007 году в биографической ленте об Анне Ахматовой «Луна в зените», где он предстал в образе художника Бориса Анрепа.
На момент съёмок актёр уже страдал болезнью Паркинскона, которая впоследствии лишь прогрессировала. Пётр Вельяминов скончался на 83-м году жизни 14 июня 2009 года от пневмонии. Актёр похоронен на Литераторских мостках Волковского кладбища в Санкт-Петербурге.
