КлубнаяПавел начал играть в футбол с 6 лет в детской школе московского «Спартака». В 2001 году он дебютировал в составе резервной команды, а в следующем году попал в основную команду. В 2001-2003 гг. он провёл в основной команде 23 матча, забив 8 голов.
В 2003 году Погребняк был отдан в аренду в калининградскую «Балтику», где забил 15 голов в 40 матчах. В следующем сезоне он вернулся в «Спартак» и забил 2 гола в 16 матчах. В том же сезоне он был отдан в аренду в подмосковные «Химки», проведя 12 матчей и отличившись 6 раз.
В 2005 году провёл на правах аренды в ярославском «Шиннике», где забил 4 гола в 23 матчах. В 2006 году Павел был продан в томскую «Томь» за 2 млн евро. Этот сезон в Томске оказался для Павла прорывным: он забил 13 мячей в 26 играх и получил свой первый вызов в сборную России.
«Зенит»Успешный сезон привлёк к Погребняку внимание тренера питерского «Зенита» Дика Адвоката, и «Зенит» подписал Павла за 5 млн евро.
В 2007 году Погребняк в составе «Зенита» выиграл чемпионат России - российскую Премьер-Лигу. В 2008 году он стал обладателем Суперкубка России, забив второй гол своей команды в победе со счётом 2:1.
В Кубке УЕФА сезона 2007/08 Погребняк, забив 10 голов, становится вместе с Лукой Тони лучшим бомбардиром турнира.
В матче за Суперкубок УЕФА в августе 2008 года Погребняк забил один из двух мячей в ворота «Манчестер Юнайтед», что позволило питерцам одержать победу 2:1.
В 51 официальном матче за «Зенит» Павел забил 28 голов, из них 12 голов в 30 матчах в российской Премьер-Лиге.
«Штутгарт»В январе 2009 года «Зенит» объявил, что готовится продать Павла в английский «Блэкберн Роверс». Однако сделка не состоялась, и в августе 2009 года он перешёл в немецкий «Штутгарт», заплативший за футболиста 4,5 млн евро. Контракт был подписан сроком на 3 года
Дебют Погребняка за «Штутгарт» состоялся 8 августа 2009 года в матче против действующего чемпиона Германии «Вольфсбурга», где Павел провёл на поле все 90 минут. Свой первый гол за немецкую команду он забил 15 августа в матче против «Фрайбурга», где кроме того он ещё заработал и пенальти (счёт 4:2).
18 сентября 2010 года «Штутгарт» обыграл мёнхенгладбахскую «Боруссию» со счётом 7:0. Погребняк провёл на поле 73 минуты и отметился хет-триком. Этот хет-трик стал для Павла первым в Бундеслиге.
Приблизительная годовая заработная плата Погребняка в «Штутгарте» составляла 4 миллиона евро.
Аренда в «Фулхэм»31 января 2012 года Погребняк был взят в аренду английским «Фулхэмом» до конца сезона. Сумма сделки - 500 тыс. евро. 11 февраля в первом матче за «Фулхэм» Павел забил мяч в ворота «Сток Сити», став таким образом первым российским футболистом, которому удалось отличиться в дебютном матче английской Премьер-лиги.
4 марта в матче с «Вулверхэмптоном» Павел оформил хет-трик, а его клуб одержал победу со счётом 5:0 .
«Рединг»По истечению аренды в «Фулхэме» и контракта со «Штутгартом» Погребняк стал свободным агентом и в июне 2012 года подписал контракт с другим английским клубом «Рединг» сроком на 4 года . 18 августа Павел дебютировал за «Рединг» в матче против «Сток Сити» и был заменен на 77 минуте. 22 августа в матче против лондонского «Челси» Погребняк забил первый гол за новую команду. После навеса с фланга Гарета Макклири Павел красивым ударом головой переправил мяч в ворота Петра Чеха.
28 августа 2012 года в матче Кубка английской лиги против «Питерборо» Павел забил гол и помог своей команде одержать волевую победу 3:2. А через месяц, 26 сентября, Погребняк забил победный гол в ворота «Куинз Парк Рейнджерс». В этом же матче Павел не реализовал пенальти. 6 октября в поединке против «Суонси» Погребняк забил 100-й гол «Рединга» в Премьер-лиге и помог своей команде добиться ничьей. 30 октября 2012 года в матче Кубка Англии против «Арсенала» Павел забил один из голов команды, но «Рединг» всё равно упустил победу, 5-7.
После этого Павел не мог отличиться два месяца. 29 декабря он забил победный гол в ворота «Вест Хэм Юнайтед» и помог одержать своей команде вторую победу в Премьер-лиге. А уже в следующем туре, 1 января, открыл счёт в матче против «Тоттенхэма», однако «Рединг» проиграл 1:3.
В сборнойДебют Павла в сборной России состоялся 16 августа 2006 года в матче против сборной Латвии. Погребняк вышел на поле на 81 минуте матча, заменив Динияра Билялетдинова, а на 90 минуте забил гол, ставший единственным в этом матче.
Вместе со сборной добился права сыграть на Евро 2008, в отборочном турнире к которому сыграл 5 матчей и забил 1 гол. Однако 28 мая в товарищеском матче против сборной Сербии получил травму колена, в результате чего вынужден был пропустить чемпионат. Вместо него на турнир был заявлен Олег Иванов.
На чемпионат мира в ЮАР сборная России пробиться не сумела. В отборочном цикле Павел не был основным игроком и забил лишь один гол - в первом матче со сборной Уэльса Погребняк забил второй матч своей команды и россияне победили со счётом 2:1.
Отборочный цикл на Евро-2012 Павел начал игроком стартового состава, однако потом проиграл борьбу Александру Кержакову и Роману Павлюченко. 3 сентября 2010 года оформил первый свой дубль за сборную и принёс победу в матче со сборной Андорры. На самом Евро Погребняк вышел на поле лишь однажды - в заключительном групповом матче со сборной Греции, однако россияне потерпели поражение 0:1 и покинули турнир, не сумев выйти из группы.