1907–1910 m. studijavo Karaliaučiaus meno akademijoje. 1910–1912 m. tobulinosi Loviso Korinto (Lovis Corinth) studijoje Berlyne. 1910–1914 m. studijavo Prancūzijos, Didžiosios Britanijos, Italijos muziejų kolekcijas, lankėsi Rusijoje, Norvegijoje (pas Edvardą Munchą (Edvard Munch).
Nuo 1913 m. dalyvavo parodose (su P. Kly (Klee), M. Pechsteinu (Pechstein) ir kt.). Iki 1938 m. gyveno ir dirbo Berlyne. 1914–1918 m. lankėsi Nidos dailininkų stovykloje, dalyvavo Kuršelių dailininkų stovykloje Sembos pusiasalyje. 1920 m. gavęs Lietuvos Respublikos pilietybę keletą kartų lankėsi Lietuvoje, nuo 1938 m. savo kūrinius pasirašinėjo lietuviška pavarde. Vokietijoje į valdžią atėjus naciams, dailininko, kaip ir kitų modernistų, paveikslai buvo išmesti iš muziejų, o parodos uždraustos; 1937 m. jų kūriniai eksponuoti kilnojamojoje parodoje „Išsigimęs menas / Entartete Kunst“. 1938–1949 m. gyveno Austrijoje. Bendravo su lietuvių dailininkais išeiviais (Telesforu Valiumi, Pauliumi Augiu), dalyvavo jų rengiamose parodose (pirmą kartą atstovavo Lietuvai). Nuo 1949 m. gyveno Keiptaune.
Surengė individualių parodų Berlyne (1919, 1936), Breslau (Lenkija, 1919), Esene (Vokietija, 1921), Stambule (1925, 1927, 1937), Hamburge (1926), PAR (daugiau kaip 20 parodų); dalyvavo San Paulo bienalėje (Brazilija, 1963).
Sukūrė buitinės („Bulves skuta“, 1910) ir religinės („Bėgimas į Egiptą“ – 1918, 1950, 1952, 1958, 1960, „Apreiškimas“ – 1955, 1962, 1963, 1964, „Nukryžiavimas“ 1959, 1962, 1963, 1964) tematikos paveikslų, peizažų („Lietuvos kaimo peizažas“ – 1918, „Žvejų valtys“ – 1935, „Austrijos peizažas“ – 1938, „Kaimas Karoo“ – 1958), portretų („Autoportretas“ – 1930, 1956, „Adelheid Armhold portretas“ – 1933), natiurmortų („Gėlės“ – 1937, 1946 (LDM), 1960), figūrinių kompozicijų („Šokėjai“ – 1952, „Trys moterys“ – 1955, „Keturios figūros“ – 1961).
Ankstyvoji kūryba artima impresionizmui, ryšku L. Korinto įtaka. Berlyne išryškėjo ekspresionizmo bruožai. Kūriniai intensyvaus kolorito, ekspresyvūs, apibendrintų formų; šešėliavimo kontrastai kuria paslaptingą, mistinę nuotaiką, dažnai naudojamas juodas kontūras, vyrauja kelio, kelionės motyvas.
Lietuvių fondas Čikagoje iš P. Domšaičio našlės A. Armhold įsigijo didžiąją dalį dailininko kūrinių ir 528 padovanojo Lietuvai. Kūriniai eksponuojami 2001 m. LDM Klaipėdoje atidarytoje P. Domšaičio galerijoje; čia veikia ir P. Domšaičio kultūros centras.
