טכניקה מעורבת על קרטון 33X45פיוטר ולדימירוביץ ליטבינובסקי נולד לזאב וחוה ליטבינובסקי בנובוגאורגייבסק שבאוקראינה. אביו היה סוחר; פנחס התחנך בבית דתי ולמד בילדותו ב"חדר". ב-1912 הוא קיבל מלגת לימודים לאקדמיה לאמנות באודסה, שם פגש את בוריס שץ, שהזמינו לעלות לארץ ישראל וללמוד באקדמיה לאמנות בצלאל, אותה הוא ייסד. ליטבינובסקי נענה להזמנתו של שץ, אך שב כעבור זמן קצר לרוסיה והחל ללמוד שם באקדמיה לאמנות בפטרוגרד. ב-1917 נשא את ליזה לבית טורגובסקי לאישה.
ב-1919, לאחר מלחמת העולם הראשונה, עלה ליטבינובסקי בשנית לישראל בלווית רעייתו ליזה, על סיפון האוניה "רוסלן". באניה זו הגיעו עמו גם הצייר יוסף זריצקי, ברוך אגדתי ופרופ' יוסף קלויזנר. בני הזוג התיישבו בירושלים, אך כעבור זמן קצר עברו לחיות בקומונה ביתניה עילית שבגליל. עבודתו בציור בירושלים נמשכה וזכתה להצלחה, ובשנים 1924-1928 הוצגו יצירותיו בתיאטרון "האהל" בתל אביב ובמגדל דוד בירושלים. ב-1926 עיצב את התפאורה למחזה "הדיבוק" בהבימה, שם זכה לפגוש לראשונה את חנה רובינא. ליטבינובסקי הצטרף להתארגנות "אגד" של האמנים המודרניים, שכללה את הציירים אריה לובין, אברהם מלניקוב, ציונה תג'ר, חנה אורלוף, יוסף זריצקי, חיים גליקסברג, ראובן רובין, אריה אלואיל ונחום גוטמן. הקבוצה ערכה תערוכה בשנת 1929 בדירה ברחוב אלנבי, מול קולנוע מוגרבי. תערוכה אחרת של אמנות מודרנית הוצגה ב-1930 במוזיאון תל אביב ונקראה "ראשית המודרניזם בציור הישראלי 1920 - 1930".
בשנות השלושים הרבה ליטבינובסקי לשהות בפריז והושפע מעבודותיהם של אנרי מאטיס, פיקאסו ושל הציירים היהודים מהאסכולה של פריז. ב-1935 הוא ערך תערוכת יחיד ראשונה של יצירותיו בבצלאל. בשלהי תקופה זו הוא עבר עם משפחתו וחי במשותף עם האמן משה מוקדי; השניים הקימו ביחד סטודיו לציור.
בשנים 1949 – 1955 סייר ליטבינובסקי בארצות הברית ובאירופה.
ב-1960, לאחר הפסקה של 17 שנים, העמיד תערוכה בביתן הלנה רובינשטיין שכללה 180 עבודות של 30 שנות יצירה.
עבודתו של ליטבינובסקי הושפעה מזרמים שונים ויצירותיו המוכרות ביותר הן של דיוקנאות, בהם של הנשיא ג'ון קנדי, ראש הממשלה גולדה מאיר ובמהלך השנים סדרת ציורים של השחקנית חנה רובינא. חיבתו לסזאן ניכרת בסגנון הציור שלו ובמרקם הצבעים בהם השתמש.
ליטבינובסקי הוא חתן פרס דיזנגוף מ-1939, יקיר ירושלים ב-1970 וחתן פרס ישראל לציור ב-1980.
פנחס ליטבינובסקי נפטר בערב ראש השנה תשמ"ו (ספטמבר 1985) בירושלים, ונטמן בהר המנוחות. הוא הותיר אחריו שתי בנות. בתו דפנה היא משוררת.
ב-1986, במלאת שנה למותו, התקיימה במשכן הכנסת תערוכה מיצירותיו. ב-2010 נערכה בספריית אוניברסיטת בר-אילן תערוכת "דיוקן וספר". התערוכה כללה דיוקנאות של רבנים פרי מכחולו של ליטבינובסקי ותצוגת ספרים שכתבו הדמויות המצוירות. התערוכה מוצגת בתצוגת קבע (נכון לראשית 2014) בבנין הספרייה המרכזית (סל"ה).