Родился 11 апреля 1835 года в семье дьякона при Малоохтинской кладбищенской церкви в Петербурге. Согласноматериалам Половцова, отец Помяловского: «был человек добродушный, старавшийся действовать на детей одними советами и кроткими внушениями. Полное отсутствие семейного гнёта благотворно действовало на развитие ребёнка и положило первые основы его самостоятельности в мыслях и поступках. Первыми товарищами его детства были охтяне-тонщики, с которыми он по целым дням проводил время на гонках, с удочкой в руках и на местной тоне, ведя с ними частые и продолжительные беседы. Такая жизнь на воле располагала бойкого, смышленого мальчика к размышлениям и давала полную волю его детским фантазиям. Немало также, конечно, влияли на его детскую душу кладбище с его мрачными картинами, к которым ему было суждено приглядываться с самой колыбели. Под влиянием этих впечатлений выработался его мрачно-скептический характер, который под кличкой „кладбищенство“ и изобразил он в одном из своих героев, Череванине».

Помяловский учился в Александро-Невском духовном училище. В 1857 году окончил Петербургскую духовную семинариюпо второму разряду. По окончании в ожидании места читал по покойникам, пел в церкви. В то же время занимался самообразованием.

Следил за журналами. Больше всего помог Помяловский в выработке мировоззрения «Современник», особенно статьи Добролюбова и Чернышевского. Интересовался педагогическими вопросами, написал ряд очерков, а один из них — «Вукол» — напечатал в 1859 в «Журнале для воспитания».

В 1860—1861 годы посещал Санкт-Петербургский университет в качестве вольнослушателя, одновременно с увлечением работал в воскресной школе, мечтал об издании листка воскресных школ.

Согласно РБС, Бурса же развила в Помяловском «потребность „в минуту жизни трудную“ топить своё горе в вине. Впрочем, сам он указывает на зарождение этой потребности ещё до бурсы… Выйдя из неё, П[омяловский] падал в этом отношении все ниже и ниже, отдаваясь своему пороку целыми неделями и месяцами, а под конец жизни страсть к вину приняла в нём невероятные размеры. В самых грязных трущобах, на Сенной, отыскивал он каких-то приятелей и целые недели проводил с ними в оргиях и бесшабашном кутеже. Приходя в себя, П[омяловский] сам ужасался своего положения и чувствовал, что заходит очень далеко; своей страсти он боялся. „Это болезнь, — говорил он, — страшная болезнь, которая медленно разлагает человека и даже доводит до подлости — я этого больше всего трушу“…».

В сентябре 1863 года писатель заболевает. По материалам Половцова: «В сентябре 1863 года, после сильного припадка delirium tremens, продолжавшегося несколько дней, у него открылась опухоль в ноге и затем образовался нарыв, по вскрытии которого в клинике Медико-Хирургической Академии обнаружилась гангрена, и 5-го октября 1863 года Помяловский умер».

Раннюю смерть объясняют апатией и пьянством, вызванными наступлением реакции и неудачами личного характера.

Улица в Санкт-Петербурге, где жил писатель, названа его именем.