Старший брат Надежды Аллилуевой. Видный советский военный деятель, один из отцов – основателей танковых войск в нашей стране. Активный участник Гражданской войны. Один из создателей и первых руководителей Главного автобронетанкового управления РККА. В 1925 году окончил Военно-академические курсы высшего комсостава РККА. В 1929 – 1932 годах, находился в служебной командировке в Берлине, где осуществлял контроль за качеством танковых двигателей поступавших в СССР, по контракту заключенному с немецкими производителями. В 1938 году обратился к своему зятю И.В. Сталину с предложением прекратить репрессии в армии. Вскоре после состоявшегося разговора Павел Сергеевич Аллилуев скоропостижно скончался в своем рабочем кабинете от инфаркта, что породило множество слухов. Похоронен на первом участке Новодевичьего кладбища в нескольких шагах от сестры. Памятник на могиле работы знаменитого советского скульптора Меркурова.