В Красной Армии с 1940 года. В 1941 году окончил Тамбовское военное пехотное училище. Служил в пехоте. Участник Великой Отечественной войны с апреля 1942 года. Сражался в морской пехоте, затем командовал батальоном 229-го стрелкового полка (8-я стрелковая дивизия, 13-я армия, Центральный фронт). Батальон под его командованием 22 сентября 1943 года одним из первых в дивизии форсировал Днепр у деревни Верхние Жары (Брагинский район Гомельской области, Белоруссия) и захватил плацдарм. Отражая контратаки, закрепился на плацдарме и обеспечил переправу главных сил полка. Расширяя плацдарм и пробиваясь через болота, успешно форсировал реку Припять южнее села Кошевка (Чернобыльский район Киевской области, Украина) и стремительной атакой овладел селом. Погиб в бою 5 октября 1943 года. За мужество и геройство, проявленные в борьбе с немецкими захватчиками, Указом Президиума Верховного Совета СССР от 16 октября 1943 года капитану Баюку Петру Ксенофонтовичу присвоено звание Героя Советского Союза (посмертно). Награжден медалью «Золотая Звезда» Героя Советского Союза, орденом Ленина, двумя орденами Красной Звезды и другими медалями. Похоронен в городе Чернобыль Киевской области. Его именем названа улица в городе Чернобыль.