Получила домашнее образование. С 1859 секретарь и сотрудник своего мужа, графа А.С. Уварова. Вела активную земскую деятельность в родовом имении Уваровых в с. Поречье Звенигородского у. Московской губ. С середины 1860-х возглавляла школьную комиссию Можайского благотворительного общества, занималась устройством сельских школ и приютов, подготовкой учителей и разработкой учебных программ. После кончины супруга (1884) заняла его место, став бессменным председателем Московского археологического общества (1885—1917) и организатором девяти всероссийских археологических съездов (1887—1911). С 1885 возглавляла Комиссию Общества по охране древних памятников. Основная тема исследований — археология и история Кавказа. В 1886—1910 совершила 6 экспедиций в район Черноморского побережья, горные районы Абхазии и Аджарии, проводила раскопки в окрестностях Грозного и в Северной Осетии, обследовала Кахетию, Сванетию, Колхиду, работала в Кавказском музее в Тифлисе над составлением каталога его археологических коллекций. Вела самостоятельные археологические раскопки в западной, центральной и восточной России. Постоянный редактор «Трудов» археологических съездов. Автор около 170 работ по вопросам археологии. Почетный член Имп. Академии наук (с 3 декабря 1894), Русского археологического общества (1895), Академии художеств (1910) и др. В октябре 1917 уехала на Кавказ в г. Ессентуки, работала над завершением своего многолетнего труда «Описание миниатюр грузинских Евангелий XV и XVI веков». В 1918 жила в Майкопе, зарабатывая на жизнь уроками иностранных языков и проводя археологическое обследование окрестностей. В феврале 1919 покинула Россию. Жила в КСХС (Бела Црква, посад Добрна близ Целье) в тяжелых материальных условиях.

Похоронена на Новом кладбище в Белграде.

Отец: князь Сергей Александрович Щербатов (1804—1872). Мать: Прасковья Борисовна (ур. княжна Святополк-Четвертинская; 1825—1899). Муж: граф Алексей Сергеевич Уваров (1825—1884), историк, археолог, член-корреспондент и почетный член  Имп. Академии наук. Дети: Алексей (1859—1913), Прасковья (1860—1934), Сергей (1862—1888), Федор (1866—1954), Игорь (1870—1934), Екатерина (1864—1953), Надежда (ум. 1966).

Изначальная фотография захоронения заимствована из книги Романова А.А. "На чужих погостах: Некрополь русского зарубежья." М., 2003. Вторичный снимок захоронения после реконструкции кладбища сделан в январе 2015 года, автор Сорокина М. Ю.

Библ.: Императорское Московское археологическое общество в первое пятидесятилетие его существования: Биографический словарь членов Общества. Список трудов. М., 1915. С. 205—214.

Соч.: Каталог ризницы Спасо-Преображенского монастыря в Ярославле. М., 1887; Кавказ: Путевые заметки. В 3 т. М., 1887—1904; Каталог собрания древностей графа Алексея Сергеевича Уварова. В 4-х т. М., 1887—1908; Могильники Северного Кавказа. М., 1905; И.В. Цветаев — творец Музея изящных искусств. М., 1914; Письма Н.П. Кондакова и П.С. Уваровой 1880—1923 годов / Публ. Кызласовой И.Л. // Вопросы искусствознания. М., 1997 Вып. Х. С. 519—546.

Восп.: Былое. Давно прошедшие счастливые дни. М., 2005.

Лит.: Линниченко И.А. Гр. П.С. Уварова. К 25-летнему юбилею. Одесса, 1910; Сборник статей в честь графини П.С. Уваровой: 1885—1915. М., 1916; Формозов А.А. Страницы истории русской археологии. М., 1986; Вздорнов Г.И. История открытия и изучения русской средневековой живописи: XIX век. М., 1986. С. 139—145, 313, 327; Полякова М.А., Фролов А.И. Ревнители московских древностей // Краеведы Москвы. М., 1995. С. 48—64; Российская Академия наук: Персональный состав. Кн. 1: 1724—1917. М., 1999. С. 279; Кызласова И.Л. История отечественной науки об искусстве Византии и Древней Руси. 1920—1930-е годы: По материалам архивов. М., 2000. С. 97—113; Сабурова Т. Летопись родового гнезда: Из семейного альбома графини Уваровой // Родина. 2000. № 8. С. 126—129; Храпова Л.Е. Одна страница сиятельной жизни. Ростов, 2003.

Некр.: Незабытые могилы. Российское зарубежье: Некрологи 1917—1997: В 6 т. / Сост. В.Н. Чуваков. М., 2006. Т. 6, кн. 2. С. 526.