Giám mục Phạm Văn Thiên sinh ngày 2 tháng 5 năm 1907 tại Đất Đỏ, Bà Rịa, Vũng Tàu (nay thuộc thị trấn Đất Đỏ, huyện Đất Đỏ, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu), thuộc Giáo phận Bà Rịa.

Năm 1918, ông vào Tiểu chủng viện Sài Gòn và nhập đại chủng viện năm 1927.[3]

Ngày 17 tháng 3 năm 1934, ông được thụ phong linh mục. Sau đó, ông làm phó xứ Cái Mơn, Bến Tre.

Từ năm 1935 đến năm 1946, ông làm Giáo sư giảng dạy tại Tiểu chủng viện Sài Gòn.

Từ năm 1946 đến năm 1960, ông lần lượt giúp các xứ đạo trong Tổng giáo phận Sài Gòn: Giồng Má, Bảo Thạch, Bảo Thuận, An Hòa Tây, Bà Rịa, Chí Hòa, Vũng Tàu và Nhà thờ chính tòa Sài Gòn.[1] Năm 1958, khi đi dự đại hội Thánh Mẫu ở Vatican, ông đã đặt tạc một tượng Đức Mẹ Hòa Bình bằng đá cẩm thạch và vào ngày 16 tháng 2 năm 1959, lễ dựng tượng và dâng tước hiệu Nữ Vương Hòa Bình đã diễn ra, do bức tượng này mà từ đó nhà thờ chính tòa Sài Gòn có tên gọi là Nhà thờ Đức Bà.[4]

Ngày 24 tháng 11 năm 1960, Tòa Thánh thiết lập Hàng Giáo phẩm Việt Nam. Vào tháng 7 năm 1961, Tổng Giám mục Sài Gòn Phaolô Nguyễn Văn Bình đã bổ nhiệm ông làm Giám đốc Đại chủng viện Thánh Giuse Sài Gòn, đây là vị Giám đốc người Việt Nam đầu tiên của Đại chủng viện.[5][6] Trước đó với vai trò là giáo sư Tiểu chủng viện Sài Gòn và sau này là Giám đốc đại chủng viện, ông đã có công sức rất lớn trong việc đào tạo nhiều linh mục của Tổng giáo phận Sài Gòn.