Родился 7 (19) января 1877, деревня Телятинки (близ села Кулешово), ныне Суворовского района Тульской области, в многодетной семье уездного писаря. Родители сумели послать учиться в высшие учебные заведения восьмерых из тринадцати своих детей. П. И. Лисицын получил среднее образование в Калужской гимназии в 1887 -1896 годах.
Окончив гимназию, Пётр Лисицын поступил сначала на юридический факультет Московского университета, но через год перевелся на естественное отделение физико-математического факультета. Здесь он слушал лекции профессора К.А. Тимирязева.
Могила в Тимирязевском парке Москвы
В 1902 году он закончил Московский университет и поступил в Московский сельскохозяйственный институт (на 3-й курс), который должен был окончить в 1905 году. По сведениям Калужского жандармского управления, братья Лисицыны (Пётр, Константин, Василий и Леонтий) принимали активное участие в революционных событиях 1905 года. Пётр при сдаче экзаменов был арестован и отправлен в ссылку в Нижний Тагил.
В 1908-1929 годах был сотрудником (а в 1926-1929 годах - директором.) Шатиловской опытной станции (в настоящее время - Орловская областная сельскохозяйственная опытная станция им. П. И. Лисицына).
С 1929 года стал заведующим кафедрой селекции и семеноводства полевых культур Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева. С 1936 года - доктор сельскохозяйственных наук.
В 1938 году П. И. Лисицын стал научным консультантом и шефом Александровской селекционной станции в деревне Фофанка (в настоящее время – поселок Майский Александровского района Владимирской области). В феврале 1956 года станция была преобразована во Владимирскую Государственную областную сельскохозяйственную опытную станцию и в 1959 году была переведена в Суздальский район, где базируется и ныне.
Похоронен в Тимирязевском парке Москвы.
Сын - Лисицын, Александр Петрович, академик РАН.