Павлюченко Роман Анатольевич родился 15 декабря 1981 года в поселке Мостовской Краснодарского края. Начал играть в футбол в ставропольской СДЮШОР, откуда в 1999 году попал в свою первую профессиональную команду – ставропольское «Динамо». Тогда динамовцы пытались пробиться в высшую лигу, но им это так и не удалось, вследствие чего лидеры покинули команду, а состав пополнился молодежью из спортинтерната.

По прошествии первого круга к молодому талантливому форварду стали приглядываться селекционеры из клубов высшей лиги. В итоге настойчивее других оказались представители «Ротора» – в 2000 году Павлюченко переехал в Волгоград. В «Роторе» Романа несколько раз отправляли в дубль, но в итоге все закончилось хорошо. Проведя в волгоградском клубе три сезона, последний из которых получился наиболее удачным, Павлюченко получил шанс перейти в московский «Спартак», будучи к этому моменту уже заигранным за молодежную сборную России.

8 октября 2002 года форвард подписал со «Спартаком» пятилетнее соглашение и со следующего сезона переехал в Москву.

2003 год выдался для «Спартака» тяжелым. Команда рассталась с Олегом Романцевым и закончила чемпионат на 10 месте, сумев в утешение завоевать кубок России. Павлюченко на этом фоне выглядел не так уж и плохо, записав на свой счет 10 забитых мячей и получив вызов в сборную страны.

В 2004 с приходом в «Спартак» Невио Скалы результативность Романа несколько уменьшилась, но вскоре снова поползла в гору. Явный прогресс наметился после отставки Александра Старкова – в середине сезона-2006 «Спартак» перешел на игру с двумя форвардами и Павлюченко закончил год в ранге лучшего бомбардира чемпионата России – 18 забитых мячей.

2007 год и вовсе можно смело назвать «Годом Павлюченко». Форвард вновь стал лучшим бомбардиром премьер-лиги (на пару с Романом Адамовым), а также в составе сборной России сотворил исторический дубль в отборочном матче Евро-2008 против англичан. Единственным разочарованием стали серебряные медали чемпионата России – «Спартак» второй год подряд фактически упустил золото из рук.

Сезон-2008 для Павлюченко стартовал на мажорной ноте. Гол, забитый форвардом на 85-й минуте ответного матча 1/16 финала Кубка УЕФА стал для Романа 100-м в официальных играх. Кроме того, испанская газета AS написала, что нападающим заинтересовался мадридский «Реал», подыскивающий сменщиков для стареющих Рауля и ван Нистелроя. Сам футболист назвал эти слухи «детским лепетом». А месяц спустя Роман попал в заявку сборной России на чемпионат Европы. На Евро Павлюченко стал основным нападающим сборной, сыграв во всех 5 матчах и забив 3 гола – испанцам в первом матче, шведам и голландцам. Реализация моментов Романом оставляла желать лучшего, и все же во многом благодаря ему сборная России сумела дойти до полуфинала турнира и завоевать бронзовые медали.

26 августа 2008 года, за несколько дней до окончания летней трансферной кампании, Роман Павлюченко перешел в лондонский «Тоттенхэм», став таким образом самым дорогим российским футболистом в современной истории.

В составе «Тоттенхэма» он дебютировал 16 сентября в матче 4-го тура чемпионата Англии с клубом «Астон Вилла», где провёл 90 минут, а его команда проиграла 1:2. При этом некоторые спортивные журналисты отметили, что Роман провёл этот матч неудачно, часто не успевая из-за своих скоростных характеристик. Самому Роману первые матчи за клуб не понравились, также он был удивлён системой тренировок, которая использовалась в Англии, особенно по части физической нагрузки. 25 сентября, в матче Кубка лиги с «Ньюкаслом», Павлюченко забил свой первый гол за «Тоттенхэм»; его клуб выиграл 2:1.

Играя за «Тоттенхэм», Павлюченко получил травму, из-за которой пропустил игры сборной России с Германией и Финляндией. 13 ноября 2008 года в матче Кубка лиги против «Ливерпуля» Павлюченко оформил первый дубль в своей зарубежной карьере, что позволило его клубу выиграть 4:2. Затем был матч с «Блэкберн Роверс» в чемпионате Англии, где единственный гол Романа принёс победу «шпорам». 2 января 2009 года Роман впервые сыграл в Кубке Англии, где «шпоры» встречались с «Уиган Атлетик», в этом матче Павлюченко забил два мяча: один с пенальти, другой ударом из-за пределов штрафной; «шпоры» в итоге победили 3:1.

В сезоне 2009/2010 Павлюченко большую часть матчей не выходил на поле, оставаясь на скамье запасных, что не устраивало российского форварда. После этого агент футболиста Олег Артёмов переговорил с главным тренером команды, Харри Реднаппом и президентом команды, Даниэлом Леви, получив согласие на продажу футболиста, если цена устроит клуб.

Павлюченко интересовались российские клубы «Локомотив» (Москва), «Зенит» (Санкт-Петербург), итальянские «Рома» и «Милан», немецкая «Герта», английские команды «Бирмингем Сити», «Вест Хэм Юнайтед», Ливерпуль, испанская Валенсия, португальский «Спортинг», турецкий «Галатасарай», также хотел вернуть Павлюченко московский «Спартак». Сам Павлюченко сказал, что у него есть ощущение, что главный тренер «Тоттенхэма» Харри Рэднапп над ним издевается, не выпуская в составе и не давая возможности уйти из команды.

21 февраля 2010 года Павлюченко впервые после долгого перерыва забил в матче Премьер-Лиги за «Тоттенхэм»; в той же игре с «Уиганом» Роман забил и второй мяч. В следующем матче, против «Болтона» в 1/8 Кубка Англии, он снова сделал дубль. В третьей подряд игре, против «Эвертона», Павлюченко забил гол. Роман высказался, что он почувствовал доверие со стороны Рэднаппа. 13 марта Павлюченко забил два гола в ворота «Блэкберн Роверс». В следующей игре, 20 марта, получил травму подколенного сухожилия, из-за чего в матче 1/4 Кубка Англии он вышел со скамьи запасных. Но это не помешало ему забить победный в матче гол.

31 августа 2010 года, в заключительный день летнего трансферного окна, «Ливерпуль» захотел подписать Павлюченко, однако тот отказался от предложения.

29 сентября в матче Лиги чемпионов против голандского «Твенте» забил два мяча с пенальти, «Тоттенхэм» выиграл в этой игре со счётом 4:1. 2 ноября в матче группового этапа Лиги чемпионов забил гол в ворота миланского «Интера». 12 декабря открыл счёт в матче против «Челси», матч закончился вничью 1:1. 22 февраля Роман забил гол в ворота «Блэкпула»; этот мяч не повлиял на исход встречи, в итоге Тоттенхэм проиграл 1:3. 22 мая в последнем туре Роман забил два гола в ворота «Бирмингема».

В начале следующего сезона «Тоттенхэм» взял в аренду Эммануэля Адебайора, в связи с чем появились слухи о том, что Роман может покинуть команду и перейти в «Эспаньол». Однако он остался в команде. Матч Кубка Лиги со «Сток Сити» Роман начал с первых минут, а в серии послематчевых пенальти, по итогам которой его команда проиграла со счётом 7:6, не реализовал свой удар. После этого Павлюченко совсем перестал появляться в Премьер-лиге, играя лишь в Лиге Европы, где «Тоттенхэм» выступал вторым составом, и, несмотря на всё, забил два гола. 18 декабря 2011 года нападающий впервые сумел отличиться в чемпионате, в матче против «Сандерленда», установив окончательный счёт — 1:0.

К отборочному циклу на ЧМ-2010 Роман стал одним из лидеров сборной. Провел 7 из 10 отборочных игр и забил 5 голов. Однако сборная России вновь не попала на ЧМ, уступив в стыковых матчах сборной Словении.

3 февраля 2012 года подписал контракт с московским «Локомотивом» сроком на 3,5 года.

Дебютировал в составе «Локомотива» Роман в матче против «Кубани», в котором его клуб одержал победу со счётом 2:0, а сам футболист поучаствовал в одной из голевых атак. Первый гол за «Локо» Павлюченко забил в матче 36-го тура против ЦСКА, также в этом матче он отметился голевой передачей.

В отборочных играх Евро-2012 Роман не всегда попадал в стартовый состав, уступая место в основе Александру Кержакову и Павлу Погребянку. Однако 4 июня 2011 года в важном матче против Армении Павлюченко вышел в стартовом составе и сделал хет-трик, принеся российской сборной победу (3:1). В матче со сборной Андорры Роман забил свой 4-й гол в отборочном цикле, став на ровне с Дзагоевым лучшим бомбардиром сборной в отборочных играх. В этом матче он вместе со сборной квалифицировался на Евро.