Пётр Петрович Гамбарян родился 18 апреля 1925 года во Франции, в Париже, где в Сорбонне проходил обучение его отец — Пётр Павлович Гамбарян.
В 1929 году семья возвращается в Армению, отец работает доцентом в Геологическом институте Армянского филиала АН СССР, но в 1933 году трагически погибает в авиакатастрофе под Тбилиси. Мать Пётра Петровича — Наталья Петровна Гамбарян (в девичестве — Кафиева), оставшись после гибели мужа с шестью детьми на руках, зарабатывала на жизнь уроками французского.Пётр, будучи третьим по счёту ребёнком в семье, по существу становится опорой большой семьи, но не забывает и про учёбу. Экстерном окончив школу, поступает сразу на второй курс Всесоюзного зооветеринарного института в Ереване, продолжая совмещать учёбу с работой в геологоразведочных партиях. Пётр Гамбарян вскоре переводится на биологический факультет Ереванского государственного университета, который закончил в 1946 году.
В 1949 году защитил кандидатскую диссертацию, тема: «Адаптивные особенности передней конечности горного слепца (Spalax leucodon nehringi Satunin)» в Зоологическом институте АН СССР.Был заведующим музеем Института зоологии АН Армянской ССР.
В 1961 году стал сотрудником лаборатории млекопитающих ЗИНа.
В 1969 году защитил докторскую диссертацию, тема: «Бег млекопитающих. Приспособительные особенности органов движения» С 1984 года — бессменный заведующий Отделением функциональной морфологии лаборатории, а с 1986 года — её ведущий научный сотрудник.