Autodidacte en art, il fait des études d’histoire de l’art et de littérature anglaise, dans le but de s’assurer un gagne-pain et de pouvoir devenir ce « peintre du dimanche pour qui chaque jour serait un dimanche » que décrit Dubuffet. Après un mémoire sur Laurence Sterne et une agrégation, il arrête toutefois très vite d’enseigner, préférant faire, parallèlement à la peinture, des livres pour les enfants, des affiches (notamment pour la Ville de Paris, 1997, l’Opéra de Nancy, 1996-2001), des illustrations de presse, des logos, etc.

Son intérêt grandissant pour les constructivistes et autres avant-gardes « qui faisaient de l’art à côté » l’encourage à poursuivre dans cette voie pluridisciplinaire. Il travaille aussi pour la scène (décors et costumes de L’Histoire du soldat, Opéra de Nancy 1997, de Casse-Noisette, Opéra de Genève, 2005), édite des jeux (Le Jeu de l’amour et du hasard et Sculptures alphabétiques), et se passionne pour toutes les techniques d’impression, qu'il utilise plus à des fins de production expérimentale que de reproduction - ainsi de sa série de cartographies modulaires A Sentimental Journey et La Carte du tendre perpétuel, revisitées pour une de ses collections par Issey Miyake.

Il est membre de l'AGI (Alliance Graphique Internationale) depuis 2003.

Paul Cox a entrepris la publication périodique de l’ensemble de son travail (peinture, travaux graphiques etc.) sous forme de livre, dont le premier tome, Coxcodex 1, est paru en 2004 aux éditions du Seuil.

Le centre Pompidou expose en 2005 son immense Jeu de Construction dont une première version a été présentée au musée de l’objet1 à Blois puis à la galerie de l’école des Beaux-Arts de Nantes. En 2006, Paul Cox crée "?" un jeu de piste pour l'Abbaye de Fontevraud qui inaugure une collection originale de carnets de visite d'artistes (dirigée par Xavier Kawa-Topor) à laquelle collaborent les années suivantes Ange Leccia, François Place, Kveta Pacovska… En décembre de la même année le décor du ballet Amoveo à l’opéra Garnier (musique de Philip Glass, chorégraphie de Benjamin Millepied, costumes de Marc Jacobs) et les décors et costumes de Petrouchka pour l'opéra de Genève en octobre 2007.

Le Lux Scène nationale de Valence2 a exposé en 2007 sa gigantesque installation de toboggans intitulée Méthode.

En 2008 il crée Exposition à faire soi-même dans le cadre d'une commande artistique de la Ville de Paris pour le 104. En 2013, il revient à l'Abbaye de Fontevraud pour une exposition Paysages qui présente son travail lié au dessin d'observation. En août de la même année, son exposition Flâneries au Studio Fotokino prolonge cette démarche avec un monumental paysage à 360° occupant tout l'espace d'exposition.