Мамаев свою профессиональную карьеру начал в "Торпедо", но самые громких футбольных достижений добился в составе ЦСКА – выиграл чемпионство и трижды – Кубок России.
Позднее Павел играл "Краснодар", с которым дважды стал призером премьер-лиги, "Ростов" и "Химки". Игрок был в статусе свободного агента с лета 2022 года, когда завершился его контракт с подмосковной командой.
С 2010 по 2016 год Мамаев выступал за сборную России, в составе которой провел 15 матчей. Осенью 2018 года попал в пьяный скандал вместе с другим футболистом Александром Кокориным, в ходе которого участвовал в нескольких стычках на улицах Москвы, за что был судим и получил полтора года колонии. Отсидел с учетом предварительного заключения чуть больше полугода.
Теперь 34-летний Мамаев уходит: "Я принял решение ближе к концу августа, – цитирует игрока Спортбокс.Ru. – Хотя мне поступили 3-4 предложения. Однако я провел шикарное лето с женой и новорожденным сыном и понял, что просто устал. Хочу быть больше с семьей".
