Při studiích Filozofické fakulty UK v Praze, která nedokončil, se Petr Dolínek účastnil mj. Studentského fóra 2000, Světového fóra mládeže při OSN v Senegalu nebo Hearing on Youth Policy v Bruselu. Pracoval např. pro firmu Thomson Multimedia Czech Republic či šéfoval Pražské listy.
Politicky angažovat se Petr Dolínek začal roku 1995, kdy rozšířil řady Mladých sociálních demokratů. O čtyři roky později se stal členem ČSSD. Ve volbách 2010 byl zvolen pražským zastupitelem a čtyři roky nato náměstkem tehdejší primátorky Adriany Krnáčové pro dopravu a evropské fondy v magistrátní koalici ČSSD, ANO a Trojkoalice. Jím byl do roku 2018.
Ve volbách 2017 se Petr Dolínek stal lídrem ČSSD v Praze a získal poslanecký mandát. V parlamentních volbách 2021 strana z dolní komory vypadla.
Petr Dolínek je ženatý, má dvě děti.