Po przyjęciu święceń w 1827 r. otrzymał zaniedbaną parafię pod Paryżem; w ciągu zaledwie trzech lat zdołał ją ożywić i uporządkować. Jednak przez cały czas nie opuszczała go myśl o pracy misyjnej; w roku 1831 wstąpił do nowo utworzonego zgromadzenia marystów (Towarzystwa Maryjnego, Societe de Marie), którzy zajmowali się misjami w kraju i za granicą. W roku 1836 złożył śluby zakonne. Wbrew swojej woli został mianowany wykładowcą w seminarium w Balley; przez następne pięć lat gorliwie wypełniał swoje obowiązki.

W roku 1836 polecono zgromadzeniu nawracać Nowe Hebrydy; ku swej radości Piotr został przełożonym małej grupy misjonarzy. Podróż trwała dziesięć miesięcy. Po przybyciu na miejsce przeznaczenia grupa rozdzieliła się. Piotr udał się na wyspę Futuna; towarzyszył mu tylko jeden brat i człowiek świecki, Anglik nazwiskiem Tomasz Boog. Początkowo przyjęto ich życzliwie; miejscowy władca Niuliki niedawno zniósł kanibalizm.

Kiedy misjonarze opanowali język i zyskali zaufanie tubylców, władca przeraził się. Zdał sobie sprawę, że przyjęcie chrześcijaństwa prędzej czy później musi doprowadzić do zniesienia jego przywilejów jako najwyższego kapłana i władcy ludu. Kiedy więc nawet jego syn wyraził chęć przyjęcia chrztu, władca wysłał siepaczy, by ucięli misjonarzowi głowę. W ten sposób, 28 kwietnia 1841 roku, w trzy lata po przybyciu, Piotr Chanel został pochwycony i zabity przez tych, których chciał zbawić. Jego śmierć przyspieszyła tylko dzieło chrystianizacji wyspy: w ciągu pięciu miesięcy wszyscy tubylcy zostali nawróceni.

Beatyfikacji sługi Bożego dokonał papież Leon XIII w roku 1889, a kanonizował go papież Pius XII w roku 1954, ogłaszając równocześnie pierwszego męczennika Oceanii patronem tego obszaru. Dla podkreślenia powszechności Kościoła Chrystusowego papież Paweł VI w ostatniej reformie liturgicznego kalendarza (1969) wspomnienie św. Piotra Chanel rozciągnął na cały Kościół, a jego imię wprowadził także do Litanii do Wszystkich Świętych.