1816 in Odense (Fünen) als Sohn des Oberleutnants Martin Willemoes geboren. Der Vater wurde durch Patent nach Heirat der Besitzerin des Suhmschen Fideikommisses, Petra Frederike Christiane Suhm, in den dänischen Adelsstand erhoben.

Der Vater wurde dann nach Plön und Itzehoe versetzt. Peter Friedrich besuchte die Gelehrtenschule in Plön, bestand das Abitur und studierte in Berlin, Göttingen und Kiel.

• 1843 bestand er die juristische Staatsprüfung "mit dem 2. Charakter mit rühmlicher Auszeichnung".
• 1844 Volontär im Amtshaus in Itzehoe unter Amtmann von Kardoff. Im selben Jahr Auskultant beim Holsteinischen Obergericht in Glückstadt.
• 1847 im Ministerium für auswärtige Angelegenheiten (Außenministerium) in Kopenhagen unter dem Minister Graf Heinrich Reventlow - Criminil tätig.
• 1848 zurück nach Glückstadt, wo er 1849 Stadtpräsident wird und bis 1852 bleibt.
• 1852 Inspektor in Wandsbek.
• 1862 Polizeimeister in Altona, wo er wegen seiner anti-herzoglichen Gesinnung Schwierigkeiten hatte. Von 1856-1866 Privatmann in Leutersdorf / Rhein.
• 1866 vom königlich Preußischen Statthalter als Amtmann nach Rendsburg berufen, ab 1867 Landrat in Rendsburg.
• 1877 Landrat in Bad Segeberg.
• Am 9. Dezember 1891 im Segeberger Amtshaus an einer Lungenentzündung gestorben.

Von Willemoes-Suhm war dänischer Kammerherr, preußischer Geheimer Regierungsrat und Inhaber des Roten Adler Ordens.

Er war Mitglied der Provinzialsynode, deren Präsident er 1889 und 1891 war.