Rođen je 28. novembra 1887. godine u Jarušicama. kod Rače Kragujevačke, Srbija. Osnovnu školu je završio u svom rodnom mjestu, gimnaziju u Kragujevcu, Filozofski fakultet 1912, i Pravni fakultet 1925. godine u Beogradu.

Učestvovao je u balkanskim ratovima 1912—1913. godine, kao podoficir, a i u prvom svjetskom ratu, od 1914—1918, kao oficir. Za pokazanu hrabrost, odlikovan je Ordenom bijelog orla s mačevima i Zlatnom medaljom za hrabrost. U bivšoj jugoslovenskoj vojsci imao je čin rezervnog konjičkog potpukovnika.

Od 1913 do 1929. službovao je u Kragujevcu kao suplent, profesor i direktor Prve muške gimnazije. Zatim je bio direktor gimnazije u Valjevu, a od 1932. direktor Ženske učiteljske škole u Kragujevcu. Na toj dužnosti ostao je do smrti.

Miloje Pavlović je bio istaknuti i ugledni društveni radnik, i mnogo godina je bio predsjednik Narodnog univerziteta u Kragujevcu. U vrijeme diktature Petra Živkovića, 1929. godine, Narodni univerzitet je morao da obustavi rad, a Pavlović je po kazni premješten u Valjevo. Bio je predsjednik Odbora za podizanje spomenika palim Šumadincima, član Uprave rezervnih oficira, i drugih društvenih organizacija onog vremena. Vrlo aktivno je surađivao u časopisima: "Misao", "Venac", "Glasnik profesorskog društva", "Vojni vesnik", "Učiteljska iskra", "Književni sever", a uređivao je i list "Polet". Povremeno je surađivao i u drugim časopisima.

Pavlović je bio istaknuti intelektualac velikog obrazovanja i bogate kulture, poznavalac četiri strana jezika. Na svojim profesionalnim dužnostima, u društvenom radu i u svojoj sredini bio je poznat kao dosljedan demokrat i veliki rodoljub, dostojanstven, ponosan, hrabar i neobično skroman čovjek. Svojom ličnošću, stavovima i djelima vršio je snažan utjecaj na generacije svojih učenika. Njegova demokratska shvaćanja i humanizam bili su nerazdvojni dio njegove ličnosti i doprinijeli su da za sve vrijeme, a naročito od 1930. godine do rata 1941. godine, u Učiteljskoj školi u kojoj je bio direktor, prevladaju napredna demokratska shvaćanja, čime je omogućio utjecaj Komunističke partije Jugoslavije na omladinu.

Kao direktor, podržavao je rad naprednog omladinskog pokreta u Učiteljskoj školi. U nekoliko mahova se otvoreno i odlučno suprotstavio odluci policije da nadzire rad škole i učenika: "Dok sam ja ovdje direktor, policija se neće miješati u nadzor nad mojim učenicima." Uprava policije u gradu je morala da se povuče, jer je Pavlović bio vrlo autoritativan i cijenjen, a podržavalo ga je vrlo jako demokratsko javno mjenje u gradu.

Pavlović se eksponirao kao rodoljub i antifašist. Govorio je na protestnim zborovima, 25. i 27. marta 1941, protiv pristupanja Jugoslavije Trojnom paktu. Od početka okupacije, Nijemci i ljotićevci optuživali su ga da je "vaspitač i odgajivač generacija komunista." Napade na njega ponavljali su povodom svake akcije u kojoj bi đaci njegove Škole učestvovali. On je odlučno i hrabro stajao na pozicijama narodnooslobodilačkog pokreta.

Miloje Pavlović uhapšen je s više od 7.000 građana i školske omladine Kragujevca, 20. oktobra 1941. godine. Njega su priključili ostalim uhapšenim građanima, koji su bili smješteni u topovske šupe. Tu je, sa svim ostalim nevinim na smrt osuđenim, među kojima je bilo profesora i đaka iz njegove i drugih škola, proveo dan i noć.

Okupator i njegove sluge, ljotićevci i ostali, nastojali su da Miloja, kao uglednu ličnost, pridobiju za suradnju. Na strelištu su mu ponudili da se izdvoji iz stroja đaka i građana određenih za strijeljanje. Miloje je bio čestit i pošten čovjek, a iznad svega veliki rodoljub koji je više volio uspravno i dostojanstveno poginuti nego, kao kukavica i izdajnik, služiti neprijatelju. Njihovu ponudu je prezrivo i odlučno odbio, rekavši im da je njegovo mjesto u stroju, i da želi do kraja da dijeli sudbinu svojih đaka. Sa svojim đacima, profesorima i ostalim građanima svoga slobodarskog grada, strijeljan je, 21. oktobra 1941. godine.

Narodnim herojem proglašen je 27. novembra 1953. godine.