Ο Παναγιώτης Βαρθολομαίος έλαβε το δίπλωμα MEng από το Τμήμα Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών του Imperial College London το 2001 και το διδακτορικό του στη Ρομποτική από τη Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (ΕΜΠ) το 2007. Πραγματοποίησε μεταδιδακτορική έρευνα στη χειρουργική ρομποτική ως Harvard Research Fellow στο Πανεπιστήμιο Harvard και στα συνεργαζόμενα πανεπιστημιακά νοσοκομεία του — Children’s Hospital Boston και Brigham and Women’s Hospital — κατά το διάστημα Ιανουάριος 2010 έως Οκτώβριος 2012.

Από τον Δεκέμβριο του 2025 υπηρετεί ως Επίκουρος Καθηγητής στη Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του ΕΜΠ. Προηγουμένως, από τον Ιούνιο του 2021 έως τον Δεκέμβριο του 2025, διετέλεσε Επίκουρος Καθηγητής στο Τμήμα Πληροφορικής και Βιοϊατρικής Πληροφορικής του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας. Έχει αναλάβει ερευνητικούς ρόλους και θέσεις αυξημένης ευθύνης στη βιομηχανία, μεταξύ άλλων στις εταιρείες Zenon A.E. (Ερευνητής, 2008–2009), SingularLogic (Ανώτερος Ερευνητής, 2014–2019) και TWI Hellas (Επιστημονικός Υπεύθυνος, 2020–2021). Έχει συμμετάσχει σε περισσότερα από δέκα συγχρηματοδοτούμενα ερευνητικά έργα σε ευρώπη και ΗΠΑ, έχει συγγράψει περισσότερες από 40 δημοσιεύσεις σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά και πρακτικά συνεδρίων με κριτές και είναι κάτοχος ενός διπλώματος ευρεσιτεχνίας σε ρομποτική τεχνολογία για αποκατάσταση.