Станция открыта 1 января 1950 года в составе участка «Парк Культуры» — «Курская». Название — по близкорасположенному Павелецкому вокзалу.

Выход — на Новокузнецкую улицу и Зацепский вал. Из центра зала по гранитным лестницам можно перейти на одноимённую станцию Замоскворецкой линии. Данный переход — самый длинный межстанционный переход в Московском метрополитене. Также пересадку можно осуществить через наземный вестибюль, поднявшись в него по эскалатору с одной станции и спустившись через эскалаторы другой.

В марте 2002 пассажиропоток по входу составлял 88,4 тысяч человек.

"Павелецкая" — пилонная трёхсводчатая станция глубокого заложения (глубина — 40 метров).

Пилоны облицованы светлым мрамором «коелга» и коричневым мрамором; пилоны украшены декоративными колоннами из светлого мрамора. Пол выложен серым и чёрным гранитом. Зал декорирован изнутри мозаичным панно на тему единства советских рабочих и крестьян; ранее на месте панно находился медальон с изображениями Ленина и Сталина. В отделке эскалаторного зала, украшенного декоративным фризом с мозаичным панно из смальты, использован светлый мрамор. Над эскалатором — панно «Красная площадь», на котором изображены знамёна с названиями городов Поволжья.