Cornelius era hijo del pintor Aloys Cornelius y su esposa Anna Cosse. Comenzó su educación artística con su padre, inspector de la Galería o Academia de Bellas Artes de Düsseldorf. Su padre murió en 1799, y el joven Cornelius se vio abocado a un trabajo extenuador. En una carta al Conde Raczynski dice
«Nos correspondió a un hermano mayor y a mí velar por los intereses de una familia numerosa. Por esta época intentaron persuadir a mi madre para que me dedicara al negocio de orfebre antes que seguir pintando –en primer lugar, por el tiempo que tardaría en prepararme para pintar, y en segundo lugar, porque ya había muchos pintores. Mi querida madre, sin embargo, rechazó este consejo, y me sentí entonces dominado por un entusiasmo incontrolable, al que la confianza de mi madre proporcionó nueva fuerza, que fue apoyada por el continuo miedo a que me apartaran del estudio de ese arte que tanto amaba.»
Estudió de 1795 a 1809 en la Academia de Dusseldorf, donde experimentó primero la influencia de la escuela de Jacques-Louis David y después la de los primitivos alemanes. Cornelius vivió en Fráncfort del Meno desde 1809 hasta 1811.
Su primer trabajo importante fue la decoración del coro de la iglesia de San Quirino en Neuss (Renania del Norte-Westfalia). En Fráncfort comienza un ciclo de dibujos dedicado al “Fausto I” de Goethe que termina en 1816, con lo que abandonó su inicial clasicismo barroco y se volvió hacia formas neogóticas. Entre los pintores que han influido en su arte se citan a Ernst Ludwig Riepenhausen y Franz Pforr.
La Hermandad de San Lucas
En septiembre de 1811 decidió unirse a la Hermandad de San Lucas. Llegó a Roma el 14 de octubre de 1811. Allí trabó amistad con Overbeck, y pronto fue uno de los cofrades más prometedores de esta hermandad constituida para el estudio y el aprendizaje de la pintura y de la que formaban parte, entre otros, Schadow, Veit, Schnorr y Ludwig Vogel.
La influencia de Peter von Cornelius se dejó notar en el grupo, pues encauzó su creatividad hacia un restauracionismo más secular que el religioso de Overbeck. Bajo su influencia, el grupo se vuelca en la elaboración de frescos monumentales. En Roma, Cornelius participó, con otros miembros de su hermandad, en la decoración de la Casa Bartholdy y de la Villa Massimi. Al mismo tiempo, Cornelius realizó dibujos para ilustrar el Cantar de los Nibelungos