Физик-теоретик. Родился в Вене. В 1901 —1903 гг. учился в Гёттингенском университете, окончил (1904 г.) Венский университет. В 1904 г. вступил в брак с Т. А. Афанасьевой и в 1907 г. переехал в Петербург, где преподавал в Политехническом институте и вел (на дому) организованный им теоретический семинар. Эренфест стал основной фигурой среди петербургских физиков того периода и много сделал, чтобы привить им интерес к теоретической физике. С 1912 г.— профессор Лейденского университета, но и после отъезда из Петербурга поддерживал тесную связь с русскими, а затем и с советскими физиками, трижды посещал СССР, принимал участие в съездах советских физиков.

Основные научные работы посвящены термодинамике, статистической механике, ядерной физике, теории относительности и квантовой теории. В 1933 г. ввел понятие фазовых переходов второго рода. В области квантовой статистики сформулировал так называемую адиабатическую гипотезу. В 1931 г. с Р. Оппенгеймером показал, что ядра с нечетным атомным номером подчиняются статистике Ферми — Дирака, а с четным—статистике Бозе—Эйнштейна (теорема Эренфеста— Оппенгеймера), и отметил в связи с этим, что принятая в то время протонно-электронная гипотеза строения ядер применительно к ядру азота-14 приводит к ряду противоречий с известными свойствами азота. Эренфест жил в период революционных изменений в физике, когда в корне ломались старые классические понятия, когда столкновение старых и новых идей достигло своего апогея. Эту «драму физики» Эренфест ощущал особо остро и, не видя выхода из этого конфликта, покончил жизнь самоубийством.

Иностранный член АН СССР (с 1924 г.), член Нидерландской АН.