Raný život
V roce 1927 absolvoval střední školu v Elginu ve státě Illinois. V roce 1931 získal Flory bakalářský titul na Manchester College (Indiana) a v roce 1934 doktorát na Ohio State University. Jeho první místo bylo ve společnosti DuPont u Wallace Carotherse.
Věda o polymerech
Nejdříve se Flory věnoval polymerní vědě v oblasti polymerační kinetiky na experimentální stanici DuPont. Většina chemiků studujících kondenzační polymeraci se domnívala, že reaktivita koncové skupiny klesá s růstem makromolekuly. Flory tvrdil, že reaktivita nezávisí na velikosti polymeru. Ukázal, že počet přítomných polymerních řetězců klesá s velikostí exponenciálně.
Flory zavedl do studia adiční polymerace důležitý pojem přenosu řetězce. To zlepšilo pochopení kinetických rovnic chemiky. Pomohl také chemikům pochopit rozložení velikostí polymerů.
V roce 1938, po Carothersově smrti, přešel Flory do Laboratoře základního vědeckého výzkumu na univerzitě v Cincinnati. Tam vyvinul matematickou teorii polymerace sloučenin s více než dvěma funkčními skupinami. Vypracoval také teorii polymerních sítí nebo gelů.
V roce 1940 nastoupil do laboratoře Standard Oil Development Company v Lindenu ve státě New Jersey. Vyvinul zde statistickou mechanickou teorii pro polymerní směsi.
V roce 1943 odešel do výzkumných laboratoří společnosti Goodyear Tire and Rubber Company jako vedoucí skupiny zabývající se základy polymerů. Na jaře 1948 pozval Peter Debye, tehdejší vedoucí katedry chemie na Cornellově univerzitě, Floryho, aby přednesl každoroční Bakerovy přednášky. Na podzim téhož roku mu pak bylo nabídnuto místo na fakultě. Na Cornellu Flory rozšířil a zdokonalil své Bakerovy přednášky do podoby svého nejlepšího díla (opus magnum) Principles of Polymer Chemistry, které vyšlo v roce 1953 v Cornell University Press. Tato kniha se rychle stala standardním učebním textem pro všechny pracovníky v oboru polymerů a je dodnes hojně využívána.
Flory zavedl pojem vyloučeného objemu pro polymery. ("Vyloučený objem" se vztahuje k myšlence, že jedna část dlouhého řetězce molekuly nemůže obsadit prostor, který je již obsazen jinou částí téže molekuly. Vyloučený objem způsobuje, že konce polymerního řetězce v roztoku jsou od sebe vzdáleny (v průměru) více, než kdyby vyloučený objem neexistoval. Poznání, že vyloučený objem je důležitým faktorem při analýze molekul s dlouhým řetězcem v roztocích, znamenalo důležitý koncepční průlom. Vyloučený objem vysvětlil několik záhadných experimentálních výsledků té doby. Vedlo také ke koncepci theta bodu, souboru podmínek, při nichž lze provést experiment, který způsobí neutralizaci efektu vyloučeného objemu. V bodě theta se řetězec vrátí k ideálním vlastnostem řetězce - interakce na dlouhé vzdálenosti pocházející z vyloučeného objemu jsou eliminovány. To umožňuje experimentátorům snadněji měřit vlastnosti krátkého dosahu, jako je strukturní geometrie, potenciály rotace vazeb a sterické interakce mezi blízkými sousedními skupinami. Flory učil další výhodu provádění experimentu v bodě theta: rozměr řetězce v polymerních taveninách by měl velikost vypočtenou pro řetězec v ideálním roztoku. To funguje, protože vyloučené objemové interakce jsou v bodě theta neutralizovány.
Vynalezl také originální metodu pro výpočet pravděpodobné velikosti polymeru v dobrém roztoku. Vynalezl Floryho-Hugginsovu teorii roztoku. Odvodil Floryho exponent, který pomáhá charakterizovat pohyb polymerů v roztoku.
Flory získal Perkinovu medaili a Priestleyho medaili.
Konvent Flory
Při modelování polohových vektorů atomů v makromolekulách je často nutné převést kartézské souřadnice (x,y,z) na zobecněné souřadnice. Pro definování příslušných proměnných se obvykle používá Floryho konvence. Například peptidovou vazbu lze popsat pomocí poloh x,y,z každého atomu v této vazbě nebo lze použít Floryho konvenci. Zde je třeba znát délky vazeb l i {\displaystyle l_{i}}. 
, vazebné úhly θ i {\displaystyle \theta _{i}}. 
a dihedrální úhly ϕ i {\displaystyle \phi _{i}}. 
. Trojrozměrnou strukturu lze popsat pomocí Floryho konvence tak, že se použije vektorový převod z kartézských souřadnic na zobecněné souřadnice.
Pozdější roky
V roce 1961 se stal profesorem na Stanfordově univerzitě. V roce 1966 se stal profesorem Jackson-Wood. V roce 1975 odešel ze Stanfordu do důchodu. V roce 1974 mu byla udělena Nobelova cena za chemii "za zásadní teoretické i experimentální úspěchy v oblasti fyzikální chemie makromolekul". Po odchodu do důchodu zůstal aktivní a několik let poskytoval konzultace společnosti IBM. Se svou manželkou Emily Catherine Taborovou (dnes již mrtvou) měl tři děti: Susan, Melindu a Johna. Susan má dvě děti, Elizabeth a Mary. Elizabeth má tři děti, Katy Greerovou, Margaret Greerovou a Sama Greera. Paul J. Flory zemřel na infarkt v Big Sur v Kalifornii v roce 1985.
