Herectví vystudoval na JAMU v Brně. Divadelní nadšenci mohli Petra Motlocha vidět v brněnském Mahenově divadle, v pražském Národním divadle, v Divadle Ungelt, v Klicperově divadle Hradec Králové, ve Východočeském divadle Pardubice, v Divadle v Rytířské nebo v Divadle Palace.
První výraznou příležitost před kamerou Petr Motloch dostal v ponurém nizozemském snímku Zima '89 (1998), kde ztělesnil pracovníka StB Karla, jemuž manželka (Markéta Hrubešová) emigrovala do Holandska.
V televizi Petr Motloch proslul rolí doktora Evžena Hartla ve Velmi křehkých vztazích. Dále si zahrál mj. kontroverzního podnikatele v seriálu Mamon, muže trpícího ztrátou manželky v Případech 1. oddělení, zkorumpovaného vyšetřovatele v krimi Pět mrtvých psů nebo veterináře v sérii Kapitán Exner.
V Ordinaci v růžové zahradě 2 Petr Motloch ztvárnil docenta Ctibora Svobodu, který se stal primářem kamenické chirurgie a urgentního příjmu v době, kdy jeho syn, tamní lékař Adam v podání Libora Stacha, začal brát drogy.
Mezi záliby Petra Motlocha patří turistika, četba, hudba a filmy. V televizi sleduje zejména zpravodajství, občas sport a dokumenty.
Petr Motloch je rozvedený. Ze dvou vztahů má dvě dcery.