Павел Дацюк начал свою карьеру в Екатеринбурге, где играл за "Спартак" и тренировался у Владимира Крикунова. Затем Павел Дацюк выступал за местное "Динамо-Энергия". В 2000 году Павел Дацюк попал в казанский "Ак Барс", отыграл один сезон и решил попробовать себя за океаном, в НХЛ. На драфте 1998 года был выбран командой Detroit Red Wings под 171-м номером.
Вначале карьера Павла Дацюка в НХЛ была весьма сложной. Многие специалисты считали его нетипичным для Америки игроком из-за небольших физических данных и нестандартного катания. Но вскоре стиль передвижения по льду стал его козырем, а физическая форма помогала ловко уходить от силовых приемов.
Павел Дацюк играл в тройке с Бреттом Хaллом и Бойдом Деверо и прекрасно показал себя в первом сезоне, забив 11 голов. B НХЛ рассмотрели забитые Павлом Дацюком шайбы, его владение клюшкой, способность точного броска. Этим Павел Дацюк завоевывал звание игрока, который достоин играть в сильнейшей Лиге мира. В решающих встречах плей-офф того сезона, Павел Дацюк забил три гола и сделал три голевые передачи, которые помогли "крыльям" выиграть очередной Кубок Стэнли.
В 2004 году Павел Дацюк стал свободным агентом. Несмотря на желание игрока оставаться в Detroit Red Wings, Павел Дацюк не смог достичь соглашения клубом и провел сезон-04/05 в составе московского "Динамо", став чемпионом и лучшим игроком решающей стадии турнира.
В сентябре 2005 года Павел Дацюк после длительных переговоров согласился на двухлетний контракт с "красными крыльями" на сумму 7,8 миллиона долларов.
Павел Дацюк продолжил свою звездную игру с возвращением в НХЛ в сезоне-05/06, став самым результативным игроком команды и набрав 87 очков (29 гол+58 пас).
В апреле 2007 года Detroit Red Wings объявил на пресс-конференции, что Павел Дацюк подписал семилетний контракт на общую сумму в 46,9 миллиона долларов. Контракт является самым большим в истории команды. "Этот контракт был очень важен для меня, особенно если учитывать, что я играю за Detroit с 2001 года", — говорит сам Павел Дацюк. С тех пор и по настоящее время Павел продолжает свою яркую карьеру в Detroit Red Wings в роли одного из ведущих игроков. В этом году его клуб проиграл в финале Кубка Стэнли команде Pittsburgh Penguins.
Павел Дацюк — бронзовый призер Олимпийских игр-2002, двукратный обладатель Кубка Стэнли (2002, 2008). Регулярно становится обладателем "Леди Бинг Трофи" – главному джентльмену Лиги (ему это звание доставалось в 2006, 2007, 2008 годах). Чемпион России (2005), серебряный призер (2001).