Era figlio di Giovanni Battista, un architetto della camera apostolica che si spostò a Roma dove prese ad abitare nei pressi del palazzo Mattei dal 1616 fino al 1633. Pier Francesco nacque nel 1612 a Coldrerio (CH). Inizialmente formatosi presso il genitore, tra il 1633 e il 1647 intraprese un percorso che lo portò ad affinare e modellare la sua arte tra Bologna e Firenze. Degli anni romani la più importante testimonianza è una figura disegnata in un volume di progetti architettonici del padre, datata 1631: un disegno a bistro e acquarello bruno, di in tocco rapido e leggero. Assistente del Domenichino, fu sedotto ed influenzato anche dal Guercino. A Bologna andò a bottega presso il maestro Francesco Albani e conobbe il pittore Andrea Sacchi. È del 1635 il “Ratto d'Europa” che denota una chiara influenza stilistica dell'Albani. Del 1636 è la sua “Morte di Archimede”. Gli anni '40 del XVII secolo furono anni molto prolifici per il Mola: nel 1641 decorò a fresco la Cappella Nova della Chiesa di Santa Maria del Carmelo, a Coldrerio, tra il 1642 e il 1645 realizzò la sua “Adorazione dei Pastori”, oggi a Vienna e nel 1644 il suo Paesaggio con San Bruno (oggi a Londra). Nel 1646 vede la luce il “Mercurio e Argo”, oggi conservato negli Stati Uniti. Datati 1647 sono “Il riposo nella fuga in Egitto” e “Il Battesimo di Cristo”, entrambi in Inghilterra. Tornato a Roma si dedicò al chiaroscuro e alla paesaggistica, intraprendendo un percorso di personale d'interpretazione dell'arte, fondendo il rinascimento di Raffaello e Michelangelo con i colori tenui di Tiziano e Guercino. Nel 1650 la famiglia Costaguti lo incaricò di dipingere un affresco con “Bacco e Arianna”. Sempre di questi anni è il “Ritratto del Pirata Barbaresco”, ora al Louvre. Attivissimo nei decenni successivi, da sottolineare un affresco con “Giuseppe riconosciuto dai fratelli” per Papa Alessandro VII, oggi conservato nel Palazzo del Quirinale, e il “San Bruno” per il principe Chigi. Datate 1659 lo “Giacobbe e Rachele” e un altro “Riposo dalla fuga in Egitto”, entrambe all'Ermitage di San Pietroburgo, così come l'“Erminia che custodisce il gregge” e “La predica del Battista”, invece al Louvre. Fu eletto membro dell'Accademia di San Luca il 13 giugno del 1655, principe dal luglio 1662, realizzò degli affreschi, oggi scomparsi, in una stanza a Palazzo Chigi. Degli anni della maturità artistica non possiamo non ricordare un “Ritratto di donna”, oggi alla Galleria Nazionale di Palazzo Barberini. Si spense all'età di 54 anni nel 1666. Non si sposò mai e visse accanto al padre cui era molto legato. Lasciò tutti i suoi beni ai nipoti.