Роман Павлюченко родился в поселке Мостовской, что в Краснодарском крае. Однако его обучение футболу прошло в других регионах южной России – сначала в СДЮШОР «Победа» в Карачаево-Черкессии, откуда в 14 лет Роман перебрался в ставропольское «Динамо». Именно в составе бело-голубых Павлюченко и начал свою профессиональную карьеру.

Однако его довольно быстро заметили на уровне высшего российского дивизиона – и уже в 1999 году 18-летний нападающий стал игроком выступавшего тогда в элите волгоградского «Ротора». В своем первом сезоне на столь высоком уровне Павлюченко провел 16 матчей, в которых забил пять голов. Всего же в составе «Ротора» форвард записал себе в актив 67 матчей и 15 забитых мячей.

В 2003 году московский «Спартак», имевший виды на Павлюченко еще в бытность его игроком «Динамо», выкупил трансфер Романа у «Ротора». Довольно быстро молодой нападающий влился в основной состав красно-белых и летом того же года стал обладателем Кубка России. С каждым годом Павлюченко прогрессировал и приносил все большую пользу своей команде, а самыми яркими для него в этот период стали 2006 и 2007 годы, когда он дважды подряд становился лучшим бомбардиром премьер-лиги.

Впрочем, все это не сравнится с тем, какого успеха Роман Павлюченко вместе с партнерами по сборной России добился на чемпионате Европы 2008 года в Австрии и Швейцарии. Забив сборным Испании, Швеции и Голландии, он был признан одним из лучших в команде Гуса Хиддинка и в итоге попал в символическую сборную турнира.

После удачного выступления на Евро глаз на Романа положили и в Европе. Расторопнее всех оказался лондонский «Тоттенхэм», который заплатил за Павлюченко беспрецедентные для российского чемпионата деньги. Павлюченко подписал контракт на четыре года с возможностью его пролонгирования еще на год, однако не все это время было ровным и стабильным в карьере нападающего.

Поразительно, но при впечатляющей статистике в виде 42 голов за 112 матчей (именно такой она оказалась по отъезде Романа из Англии) наставник «Тоттенхэма» далеко не всегда находил Павлюченко место в стартовом составе своей команды. Однако, даже выходя на замену и не будучи в постоянном игровом тонусе, форвард сборной России забил немало важных голов. А о его должном отношении к работе говорит хотя бы любовь болельщиков «Тоттенхэма» - уж они-то точно сразу бы заподозрили фальшь. Тем не менее в последнем сезоне-2011/12 Павлюченко предоставляли все меньше игрового времени, и он принял решение вернуться на родину.

3 февраля 2012 года Роман Павлюченко подписал контракт с «Локомотивом» на 3,5 года.