Pablo Pedro de Astarloa nació en la villa vizcaína de Durango en 1752, pero a los dos años, tras la muerte de su padre, se trasladó a Marquina (Vizcaya), donde pasó su infancia. Estudió Filosofía y Teología en el seminario de Larresoro (Pirineos Atlánticos, Francia). Se ordenó sacerdote en 1778 en Durango (Vizcaya), y allí adquirió fama de buen predicador en euskera, aunque también de llevar una «conducta desarreglada» –entre otras cosas, tuvo tres hijos– que no le granjeó la simpatía de sus superiores, y que en 1797 le llevó a sufrir prisión eclesiástica en Logroño durante unos meses.
Según refiere el propio Astarloa, su interés por el estudio del euskera se inició en 1783, al que pronto se añadió el de otras lenguas: latín y lenguas romances, griego, hebreo y otros idiomas semíticos, chino, lenguas germánicas, eslavas y amerindias. Para ello, se sirvió, entre otras fuentes, de los cinco tomos (del XVII al XXI) de su Idea dell’Universo (G. Biasini, Cesena, 1784-1787) que tratan de la lengua, que Lorenzo Hervás (1735-1809) le envió desde Roma.
En 1801, Wilhelm von Humboldt (1767-1835) visitó a Astarloa en Durango durante cuatro días. En ese tiempo, Humboldt pudo estudiar el Plan de lenguas, manuscrito que Astarloa parecía tener ya dispuesto para la imprenta; el manuscrito se halla hoy perdido y solo conocemos el extracto que Humboldt elaboró en Durango y la copia de un fragmento, encargada por el prusiano en 1811. Humboldt siempre se refirió a Astarloa con admiración y fue su principal fuente en materia de gramática vasca; sin embargo, no dejó de criticar las teorías del durangués acerca del carácter primigenio del euskera.
Privado de los bienes de su beneficio en Durango por la denominada desamortización de Godoy (1767-1851) habida en 1798, en febrero de 1802 Astarloa se traslada a Madrid en busca de un puesto como párroco y para profundizar en sus investigaciones lingüísticas. Allí, tras la aparición ese año en el Diccionario geográfico-histórico de España del artículo «Nabarra», escrito por Joaquín Traggia (1748-1802), donde se ataca al euskera y a los fueros vascos, Astarloa se ve en la obligación de responderle publicando en 1803 la Apología de la lengua bascongada, en la que defiende que el euskera fue la lengua primitiva de la Península Ibérica, traída por Túbal tras la confusión de lenguas en Babel. La aparición de la Apología originó una polémica en los diarios de Madrid, en la que los juicios en contra de la obra –muchas veces instigados por el Gobierno de Godoy, que buscaba la supresión de los fueros vascos– fueron mucho más numerosos que las reacciones favorables. Una de las críticas más contundentes vino de la mano del arabista José Antonio Conde (1766-1820) con su Censura crítica de 1804, a la que Astarloa respondió bajo seudónimo en sus Reflexiones críticas de ese mismo año.
Pero la principal obra de Astarloa son sus Discursos filosóficos, en los que estuvo trabajando durante varios años y que pretendían demostrar que el euskera fue el primer idioma de la humanidad, siguiendo los métodos de sensualistas como Court de Gébelin (¿?-1784) o De Brosses (1709-1777). En 1805, Astarloa había concluido su redacción; sin embargo, diversas vicisitudes, como la dificultad para lograr la licencia de impresión, su fallecimiento en 1806, la posterior Guerra de la Independencia Española (1808-1814) y la desidia de sus legatarios Juan Bautista Erro (1773-1854) y Juan Antonio Zamácola (1756-1826), contribuyeron a que la obra no viera la luz hasta 1883. De este modo, los Discursos filosóficos de Astarloa ejercieron una influencia tardía en los autores puristas de finales del XIX, como Resurrección Mª de Azkue (1864-1951) o Sabino Arana Goiri (1865-1903), así como en algún filólogo español; es el caso de Julio Cejador (1864-1927).
Astarloa dejó varias obras manuscritas inconclusas, que se conservan hoy en la Biblioteca de la Diputación Foral de Bizkaia, como son: Proyecto de un vocabulario bascongado (VMSS-1), [Vocabulario bascongado] (VMSS-2) y Recoleción de adagios bascongados, colocados según el orden alfabético de sus letras iniciales (VMSS-82).