Nach dem frühen Tod der Eltern stand er zusammen mit seinem älteren Bruder Wilhelm August unter der Vormundschaft des Onkels Friedrich August und der Zarin Katharinna II. von Rußland. 1781 heiratete er Friederike von Oldenburg, die vier Jahre später im Kindbett verstarb und ihm zwei Söhne hinterließ. Eine Kette tragischer Familienereignisse – sein Cousin war regierungsunfähig während sein älterer Bruder verunglückte – brachten Peter Friedrich Ludwig in jungen Jahren an die Regentschaft:

Nach dem Tod seines Onkels im Sommer 1785 trat er dessen Nachfolge als Fürstbischof von Lübeck und als Regierungsadminstrator des Herzogtum Oldenburg an. Das Oldenburger Schloss wurde wieder Herrschaftssitz, die Stadt Residenz. Während der napoleonischen Fremdherrschaft hielt sich Peter Friedrich Ludwig zusammen mit seinen beiden Söhnen von 1811 bis 1813 an dem ihm verwandtschaftlich verbundenen russischen Hof auf. 1815 wurde das Land Oldenburg zum Großherzogtum erhoben – den Titel eines Großherzog lehnte Peter Friedrich Ludwig jedoch ab. Seine Politik orientierte sich an den Idealen der Aufklärung: So reformierte er die Armenfürsorge und die Lehrerausbildung, gründete eine Ersparungskasse und die erste öffentliche Bibliothek. Neben der Modernisierung des Schlosses und der Gestaltung des Schlossgartens als öffentliche Parkanlage, gingen von Peter Friedrich Ludwig wesentliche Impulse zur Umgestaltung Oldenburgs im Stil des Klassizismus aus.