Народився 18 листопада 1926 року в селі Новоіванівці (нині – Сумський р-н). У 1943–1951 роках служив у армії СССР. Учасник радянсько-німецької війни 1941–1945 років.
1953 року закінчив Харківський педагогічний інститут. З 1956 викладав історію у вишах Харкова. 1963 року закінчив аспірантуру Інституту історії АН УРСР за спеціальністю «загальна історія».
З 1974 до 1991 року — заступник директора з наукової роботи Інституту історії АН УРСР. З 1991 року Павло Степанович Сохань очолює заснований ним Інститут української археографії та джерелознавства ім. М.С. Грушевського НАН України.
Автор понад 400 праць у галузі всесвітньої історії, археографії та джерелознавства. Головний редактором «Українського археографічного щорічника» та видання «Наукові записки. Збірник праць молодих вчених та аспірантів», член редколегії журналу «Східний світ» і наукової ради «Українського історичного журналу».
Помер 14 червня 2013 року в м. Києві у віці 86 років.