Павел Нерсесьян окончил Московскую государственную консерваторию имени П. И. Чайковского и ассистентуру-стажировку консерватории (класс Сергея Доренского). Лауреат международных конкурсов имени Бетховена в Вене (1985, II премия), Паломы О’Ши в Сантандере (1987, IV премия), в Токио (1989, V премия) и Дублине (1991, I премия).
Пианист концертирует в России, Великобритании, Ирландии, Франции, Австрии, Германии, Италии, Испании, Венгрии, США, Венесуэле, Японии и др. Его выступления проходили в лучших залах Лондона, Парижа, Вены, Лейпцига, Мюнхена, Эдинбурга, Глазго, Мадрида, Будапешта, Белграда, Нью-Йорка, Лос-Анджелеса, Каракаса, Сеула, Токио, Осаки и других городов. Принимал участие в постановках Мариинского театра и Пермского театра оперы и балета.
Выступал с оркестрами под управлением Тугана Сохиева, Александра Лазарева, Павла Когана, Валерия Полянского, Томаса Зандерлинга, Александра Чернушенко, Михаила Агреста, Валентина Урюпина, Максима Емельянычева. В числе партнеров по сцене – пианисты Нина Коган, Филипп Копачевский, Лукас Генюшас, Филипп Кассар; скрипачи Алёна Баева, Беньямин Шмид, Степан Якович, Итамар Зорман, Ани Кавафян; альтисты Михаил Березницкий, Андрей Гридчук; виолончелист Златомир Фанг, кларнетисты Юлиан Милкис и Евгений Петров, певицы Яна Иванилова и Юлия Лежнева, Квартет имени Бородина, Квартет имени Глинки и другие исполнители.
В 1987 году Павел Нерсесьян начал педагогическую работу в качестве ассистента Сергея Доренского. С 1997 года – доцент, с 2004 – профессор кафедры специального фортепиано МГК (в 2007–2020 гг. работал на кафедре под руководством Сергея Доренского, с 2020 года – на кафедре под руководством профессора Андрея Писарева). С 2013 года преподает в Колледже изящных искусств при Бостонском университете. Мастер-классы музыканта проходили в рамках Летней школы Московской консерватории, а также в городах России, Германии, Италии, Ирландии, Сербии, США и Японии. Павел Нерсесьян принимал участие в работе жюри многих международных конкурсов, в том числе в Дублине, Барселоне, Валенсии, Астане, Хамамацу.
Пианистом записаны компакт-диски с произведениями Шопена, Шумана, Шуберта, Брамса, Чайковского, Бетховена, Скрябина, Шостаковича и других композиторов.
Удостоен почетного звания «Заслуженный артист России» (2005).