Der Sohn des an der Charité tätigen Chirurgen Simon Pallas schloß in Leiden seine naturwissenschaftlichen und medizinischen Studien 1760 mit der Promotion auf dem Gebiet der Parasitologie ab. Danach folgten Aufenthalte in England, den Niederlanden und 1767 in Berlin. Von 1768 bis 1810 arbeitete er in Rußland, u. a. als Professor für Naturgeschichte in Petersburg. In den Jahren 1768-1774 und 1793/1794 leitete er Expeditionen in große Teile Rußlands und Sibiriens, über die er mehrbändige Reiseberichte veröffentlichte. 1810 kehrte er nach Berlin zurück. Er hat auf dem Kirchhof I der Jerusalems-Gemeinde und der Neuen Kirchen-Gemeinde Am Blücherplatz/Zossener Straße eine Ehrenstelle.