Названа по Павелецкому вокзалу перед которым находится. Ранее, в 1922—1941 годах, называлась Саратовская площадь — по первоначальному (до 1924 года) названию вокзала; с 1941 до 1992 года — Ленинская площадь в память о прибытии сюда из Горок гроба с телом В. И. Ленина. В 1994 году было возвращено историческое название.
    Павелецкая площадь примыкает с севера к Зацепскому Валу на внешней стороне Садового кольца. С востока она ограничена Кожевнической улицей, с юга — зданием Павелецкого вокзала, а с запада — Дубининской улицей. До 2000-х годов с запада на площадь выходила улица Зацепа, однако, ныне она отделена возведёнными офисными зданиями. Южнее Павелецкого вокзала по Дубиниской улице находится Зацепская площадь. Из центра на внутреннюю сторону Садового кольца к площади выходят Новокузнецкая улица, улица Бахрушина и Татарская улица.