Народився 16 (27 серпня) 1774 у місті Прилуках на Полтавщині в дворянській сім'ї, що походила з давнього козацько-старшинського роду. Далекий предок його Іван Ніс брав участь у Визвольній війні під керівництвом Б. Хмельницького, у боротьбі зі шведами. Друга дружина І. Носа походила з роду Білецьких, і нащадків їх названо Білецькі-Носенки. Дід його Георгій був прилуцьким сотником. Батько лексикографа Павло загинув у війні з турками.

За родинною традицією Павла Павловича також готували до військової служби. П'ятирічним хлопчиком (у 1779 році) його було віддано в петербурзький Шляхетний сухопутний кадетський корпус. Через 14 років він блискуче закінчив курс навчання і 1793 року в чині поручика був направлений у Катеринославський єгерський корпус.

Восени 1798 року пішов у відставку й повернувся додому в Прилуки. Жив переважно в своєму маєтку в селі Лапинцях біля Прилук, а певний час і в маєтку своєї дружини в містечку Хмелові Роменського повіту.

У 1801 році був обраний підсудком у Прилуцький повітовий земський суд. Поруч з цим у селі Замості в маєтку І. Величка навчав групу дворянських дітей. Викладав він найрізноманітніші науки, зокрема російську, французьку, німецьку мови, поезію, риторику й естетику, географію, природознавство, математику, геометрію та ін.

З 1807 по 1809 роки Павло Білецький-Носенко був помічником попечителя у Прилуцькій лікарні. У 1810 році став штатним наглядачем училищ Прилуцького повіту, а з 1812 року — почесним наглядачем. Всю свою штатну платню він жертвував на користь училища, і був ним протягом 37 років.

Помер 11 (23 червня) 1856 року. Похований у селі Лапинцях.

П. Білецький-Носенко написав українською мовою ряд художніх творів: 333 байки, 23 казки, 15 балад, жартівливу поему «Горпинида, чи вхопленная Прозерпина», драматичне оповідання «Иванъ Золотаренко», російською мовою історичний роман «Зиновій Богданъ Хмельницькій», працю «Эстетика».

Він повністю переклав російською мовою «Статут Литовський». Перекладав також художні твори з французької та німецької мов.

П. Білецький-Насенко був членом Товариства наук при Харківському університеті (з 1817 p.), Петербурзького вільного економічного товариства (з 1824 p.), в які посилав різноманітні статті. Деякі з них, зокрема «О языкѣ малороссійскомъ», «О первыхъ гражданскихъ буквахъ въ Россіи», «О повѣрьяхъ и суевѣрьяхъ малороссіянъ» та ін., надруковано в полтавській губернській газеті, активним дописувачем якої П. Білецький-Носенко був у 1838–1841 pp.

Крім граматики й словника української мови, написав «Словарь герменевтическій, лингвистико-историческій, географическій, съ изъясненіемъ истиннаго смысла словъ устарѣлыхъ, вышедшихъ изъ употребленія, находящихся въ лѣтописяхъ російскихъ, старыхъ законахъ и проч., также важныхъ событій, мѣстъ, странъ, областей, нравовъ и обычаевъ разныхъ народовъ, явившихся на театрѣ міра и проч. до нашихъ временъ» (незакінчений), «Лингвистическіе памятники повѣрій у малороссіянъ, ихъ свадебные обряды съ народными пѣснями», а також велику кількість статей на найрізноманітніші теми (літературознавство, природознавство, археологія, економіка, медицина). Серед них відзначимо статті про етимологію слів колъ, волкулака, лемешъ, а також «Рассужденіе о нѣкоторыхъ малороссійскихъ словахъ, которые служать памятниками историческими: a) Цуръ, b) Дидько, с) Колядовать, d) Купало», «Лингвистическія замѣчанія и толкованіе нѣкоторыхъ старинныхъ словъ въ лѣтописяхъ…»

Твори Білецького-Носенка за життя майже не друкували. Деякі опубліковані посмертно, але більшість їх залишилася в рукописах.

Білецький-Носенко — автор першого великого словника української мови (перевидання 1966 року). До нашого часу дійшли тільки автограф і одна копія «Словаря малороссийского или юго-восточнорусского языка…, составленного по произношению, каким говорят в Малой и Южной России…», над яким автор працював протягом 1838–1843 (опубл. 1966 у серії «Пам'ятки української мови»).

Це диференційний українсько-російський словник, у реєстрі якого подано тільки ті елементи, що лексично, фонетично, дериваційно й семантично відмінні в обох мовах: наприклад, Бабак (байбак) Сурок; Багато Много; Де Где; Ирдити Рдеть, краснеть.

У його словникових статтях широко наводяться фразеологізми, приказки, прислів'я, фрази з живого мовлення тощо, іноді подаються етимологічні відомості, зіставлення з іншими мовами (наприклад, Байда Пустословие, Байда Праздношатающийся. «Байды бити». Ничего не делать…).

Словник складено на основі власних записів автора українських говірок, насамперед Лівобережжя, історичної Полтавщини, творів тогочасних письменників. Тут є також слова з давніх пам'яток. До реєстру введено флексії, суфікси (при яких часто даються парадигми змінних слів), префікси. Перед текстом словника вміщено розвідку «О языке малороссийском», що є однією з перших спроб висвітлення історії української літературної мови.

У кінці книжки додано розвідку «О придаточных окончательных корнях слов и слитных предлогах как новых источниках изображения идей» — чи не першу з дериватологічних праць в українському мовознавстві.

Праця Білецького-Носенка, реєстр якої налічує 20 000 вокабул, — перший великий словник новоукраїнської мови.