Niggli ging in Zofingen zur Schule (sein Vater war Rektor der Bezirksschule in Zofingen) und an der Kantonsschule Aarau. Ab 1907 studierte er an der ETH Zürich Naturwissenschaften, unter anderem bei Albert Einstein und Pierre-Ernest Weiss. Nach dem Abschluss 1911 war er kurz Assistent an der TH Karlsruhe am physikalisch-chemischen Institut und der Promotion 1912 an der Universität Zürich war er als Post-Doktorand am Geophysikalischen Labor der Carnegie Institution in Washington, D.C. 1913 wurde er an der ETH Zürich habilitiert und war dort Privatdozent und 1914 Privatdozent an der Universität Zürich. 1915 wurde er außerordentlicher Professor an der Universität Leipzig und 1918 außerordentlicher Professor an der Universität Tübingen. Ab 1920 bis zu seiner Emeritierung 1953 war er ordentlicher Professor für Mineralogie und Petrographie an der ETH Zürich (als Nachfolger seines Lehrers Johann Ulrich Grubenmann), deren Rektor er 1928 bis 1931 war. Außerdem war er 1940 bis 1942 Rektor der Universität Zürich.
1927 führte er die Niggli-Werte zur Bewertung von Eruptivgesteinsanalysen ein.
In der Kristallographie lieferte Niggli wichtige Beiträge zur Symmetrielehre (Raumgruppen). Von ihm stammt der Begriff Gitterkomplex, der die Anordnung von Atomen im Kristallgitter wiedergibt und den Vergleich von Kristallstrukturen ermöglicht (Verwandtschaft von Kristallstrukturen).
1921 bis 1940 war er Redakteur der Zeitschrift für Kristallographie.
1946 wurde Niggli korrespondierendes Mitglied der Académie des sciences[6] und 1950 der Bayerischen Akademie der Wissenschaften. Er war Mitglied der Schweizer Geotechnischen Kommission und der Schweizer Geologischen Kommission. Er war Gründungsmitglied des Schweizer Nationalfonds und initiierte die Paul-Niggli-Stiftung, die ab 1988 die Paul-Niggli-Medaille ihm zu Ehren verleiht[7].
Geometrische Kristallographie des Diskontinuums, Leipzig, Borntraeger 1919
Lehrbuch der Kristallographie, 2. Auflage, Gebrüder Borntraeger 1924,
3. Auflage als Lehrbuch der Mineralogie und Kristallographie, 2 Bände, Gebrüder Borntraeger 1941, 1942 (Teil 2: Kristalloptik und Strukturbestimmung)
Tabellen zur allgemeinen und speciellen Mineralogie, Gebrüder Borntraeger 1927
Chemismus schweizerischer Gesteine, Bern 1930
Krystallographische und strukturtheoretische Grundbegriffe, in Wilhelm Wien u. a. Handbuch der Experimentalphysik, Band 7,1, Leipzig, Akademische Verlagsgesellschaft 1928
mit Paul Johannes BegerGesteins- und Mineralprovinzen, Band 1 (Einführung, Zielsetzung, Chemismus der Eruptivgesteine, insbesondere der Lampophyre), Gebrüder Borntraeger, Berlin 1923
mit M. Gschwind Untersuchungen über die Gesteinsverwitterung in der Schweiz, Bern 1931
Von der Symmetrie und von den Baugesetzen der Kristalle, Leipzig, Akademische Verlagsgesellschaft 1941
Gesteine und Minerallagerstätten, 2 Bände, Birkhäuser 1948, 1952 (Band 1 Allgemeine Lehre von den Gesteinen und Minerallagerstätten, Band 2 Exogene Gesteine und Minerallagerstätten), unter Mitarbeit von Ernst Niggli
mit Robert Lüling ParkerDie Mineralien der Schweizeralpen, Herausgeber Geotechnische Kommission der Schweizerischen Naturforschenden Gesellschaft, Basel, 2 Bände, Wepf 1940
Rocks and mineral deposits, San Francisco, Freeman 1954
Das Magma und seine Produkte. Unter besonderer Berücksichtigung des Einflusses der leichtflüchtigen Bestandteile, Band 1 (Physikalisch-chemische Grundlagen), Leipzig, Akademische Verlagsgesellschaft 1937
Ore deposits of magmatic origin; their genesis and natural classification, Van Nostrand 1929
mit Ulrich GrubenmannDie Gesteinsmetamorphose, Gebrüder Borntraeger 1924
Probleme der Naturwissenschaften: erläutert am Begriff der Mineralart, Birkhäuser 1949
Grundlagen der Stereochemie, Birkhäuser 1945
Schulung und Naturerkenntnis, Erlenbach, Rentsch 1945
Eugen Widmer: Paul Niggli 1888–1953. In: Argovia, Jahresschrift der Historischen Gesellschaft des Kantons Aargau. 65 (1953), S. 469–472. (Digitalisat in E-Periodica).
↑Holger Krahnke: Die Mitglieder der Akademie der Wissenschaften zu Göttingen 1751–2001 (= Abhandlungen der Akademie der Wissenschaften zu Göttingen, Philologisch-Historische Klasse. Folge 3, Bd. 246 = Abhandlungen der Akademie der Wissenschaften in Göttingen, Mathematisch-Physikalische Klasse. Folge 3, Bd. 50). Vandenhoeck & Ruprecht, Göttingen 2001, ISBN 3-525-82516-1, S. 24.