Народився 23 лютого 1925 р. в м. Сквира, що на Київщині, в родині селян. На початку Другої світової війни 17-річним юнаком пішов на фронт і брав участь у бойових діях на Північному Кавказі. Після демобілізації, протягом 1946–1950 рр. навчався у Київському лісогосподарському інституті. Згодом вступив до аспірантури Інституту лiсу Академії наук України, а в 1953 р. захистив кандидатську дисертацію на тему «Жовта акація та її вплив на родючість лісових ґрунтів». Закінчивши аспірантуру, працював молодшим, а потім — старшим науковим співробітником.

У 1956 р. його призначено директором Закарпатської лісової дослідної станції (ЛДС) Українського науково-дослідного інституту лісового господарства та агролісомеліорації (УкрНДІЛГА). Почався плідний, сповнений творчої атмосфери період у житті станції. За порівняно короткий строк Закарпатська ЛДС стала важливим науково-дослідним закладом у Карпатському регіоні. Під час проведення наукових досліджень Петро Степанович зосереджував свою увагу на проблемах відтворення лісів Карпат, підвищення їх продуктивності та стійкості. В результаті вивчення впливу рубок головного користування на стан лісових ґрунтів, визначення особливостей біологічного кругообігу речовин в системі «ліс — ґрунт» були запропоновані методи заліснення еродованих схилів Карпат. Завдяки цим розробкам проведено масові роботи із заліснення кам’янистих розсипів у горах. Вивчення теоретичних питань ґрунтотворення в лісах, встановлення зв’язків між типами ґрунтів і продуктивністю лісів дало можливість розробити класифікацію лісових ґрунтів Українських Карпат, на базі якої проведено ґрунтово-типологічне обстеження лісового фонду Карпат. Вивченню цих питань П. С. Пастернак присвятив монографію «Лісові ґрунти Українських Карпат», а в 1969 р. захистив докторську дисертацію на тему «Взаємодія між лісом і ґрунтом в основних типах лісу Карпат».

Працюючи в Карпатському регіоні, Петро Степанович був одним з ініціаторів створення в Івано-Франківську Карпатської філії Українського науково-дослідного інституту лісового господарства та агролісомеліорації. У 1964 р. він став її першим директором. За невеликий період часу було обладнано сучасні лабораторії, прийнято на роботу висококваліфікованих та енергійних, переважно молодих співробітників. У філіалі було виконано багато важливих завдань: розроблено ефективні способи та технології експлуатації лісів у горах; встановлено причини катастрофічних вітровалів і буреломів та розроблено заходи з їх запобігання; складено типи лісових культур на базі механізації трудомістких робіт; узагальнено дослідження з біологічного кругообігу поживних речовин. Під його керівництвом швидко підвищився рівень філіалу — до самостійного наукового закладу. Тепер це — Український науково-дослідний інститут гірського лісівництва ім. П. С. Пастернака.

У серпні 1968 р. Петра Степановича призначено директором УкрНДІЛГА. Відтоді почався новий, надзвичайно відповідальний етап у його житті — керівництво лісовою наукою в Україні. Значно активізувалася в цей період робота дослідної мережі інституту в різних регіонах, розширилися зв’язки з зарубіжними спеціалістами зі Швеції, Фінляндії та інших країн. На початку 70-х років головна увага зосереджується на вивченні екологічної ролі лісів, їх стабілізуючого значення в охороні навколишнього середовища. Зокрема, вивчається вплив забруднення атмосфери промисловими викидами на стан лісів та їх детоксикуюча роль, організується проведення моніторингу лісів України. Важливими є праці, в яких аналізуються наслідки аварії на Чорнобильській атомній електростанції для лісів, обґрунтовується система ведення лісового господарства на забруднених територіях.

Опублікував понад 280 наукових праць, дев’ять авторських свідоцтв. За його редакцією вийшло в світ понад 80 наукових збірників, довідників та монографій. Велике значення надавав підготовці наукових кадрів, створив власну школу лісівників-екологів, під його керівництвом більше ніж 30 науковців захистили кандидатські дисертації.

Має державні, а також відомчі нагороди та відзнаки: почесне звання «Заслужений лісівник України» (1979), Почесну грамоту Верховної Ради України (1985), ордени та медалі.

Два сини пішли шляхом батька, стали справжніми науковцями. Тарас — кандидат біологічних наук з молекулярної біології, Володимир — доктор сільськогосподарських наук, професор, навчався на лісогосподарському факультеті Української сільськогосподарської академії (1982–1987).