Après avoir étudié à l'École normale supérieure, il devint professeur à la Sorbonne en 1867, occupant différents postes jusqu'en 1904. Il a été directeur de l'École pratique des hautes études et président de l'Académie des sciences morales et politiques (devenue aujourd'hui l'Académie des sciences de l'Institut de France).
Son travail en statistique mathématique est particulièrement remarquable. Il a été le premier à proposer un modèle stochastique pour la régression linéaire et a développé une méthode de moindres carrés pour analyser les données statistiques. Cette méthode, qui permet d'obtenir des lignes de régression en prenant en compte plusieurs variables, reste encore aujourd'hui un outil essentiel en statistique.
En psychologie expérimentale, Paul Janet est connu pour avoir développé le test introspectif, qui consiste à demander à une personne de raconter ses pensées et émotions sur une période donnée, ce qu'il appelle la « psychotechnie ». Cette méthode a été largement utilisée dans les recherches en psychologie expérimentale jusqu'à l'émergence du questionnaire.
Paul Janet est également connu pour avoir influencé le développement de la psychanalyse en France, notamment par ses échanges avec Sigmund Freud et sa collaboration avec Pierre Janet, son neveu, qui a lui-même été un pionnier de la psychanalyse.
Enfin, il est l'auteur d'un grand nombre d'ouvrages, dont certains sont toujours aujourd'hui considérés comme des classiques dans leur domaine. Sa biographie reste une source intéressante pour connaître le développement de la statistique mathématique et de la psychologie expérimentale à la fin du XIXème siècle et au début du XXème siècle, ainsi que l'évolution des sciences sociales en France durant cette période.