Geboren in Moskau im Russischen Kaiserreich wuchs er in einer Zeit raschen industriellen Wandels und politischer Unruhe auf. Familiäre Unterstützung und gute Schulbildung weckten früh seine Faszination für Pflanzen und die praktische Landwirtschaft.

Er begann seine formale Ausbildung am Moskauer Landwirtschaftsinstitut und studierte Botanik, Agronomie und Pflanzenpathologie. Das Institut brachte ihn mit Feldforschung in Kontakt und mit dem drängenden Problem von Missernten in Russland.

Gemeinsam mit russischen Agronomen und Pflanzenpathologen untersuchte er, wie Kulturpflanzen Pilzkrankheiten und Schädlingen widerstehen. Diese Arbeiten führten ihn zur Genetik als Erklärung für vererbte Widerstandsfähigkeit bei Pflanzen.

Er reiste zu führenden Laboren, um moderne Genetik und Pflanzenwissenschaft zu erlernen, darunter Arbeiten im Umfeld von William Bateson in Großbritannien. Die Erfahrung stärkte sein Bekenntnis zu mendelschen Methoden und strenger experimenteller Forschung.

Mitten im Ersten Weltkrieg betrieb er Feldforschung in Persien, um Nutzpflanzenvielfalt und Krankheitsresistenz unter harten Umweltbedingungen zu untersuchen. Er sammelte Saatgut und Beobachtungen, die später seine Vorstellungen über geografische Muster der Vererbung prägten.

Die Februar- und Oktoberrevolutionen erschütterten die russischen Institutionen, doch er setzte Forschung und Lehre trotz Knappheit und Unsicherheit fort. Er argumentierte, dass wissenschaftliche Züchtung und Saatgutvielfalt entscheidend seien, um einen fragilen Staat zu ernähren.

Er übernahm eine führende akademische Position und organisierte Züchtungs- und Pathologiestudien zur Steigerung der Getreideerträge. Diese Arbeit verband Genetik mit praktischer Landwirtschaft und passte zur Erholung nach dem Krieg sowie zu Zielen der Ernährungssicherheit.

Er schlug vor, dass verwandte Arten parallele Reihen erblicher Variationen zeigen, wodurch Züchter nützliche Merkmale über verschiedene Kulturpflanzen hinweg vorhersagen können. Das Konzept wurde zu einem starken Ordnungsprinzip für vergleichende Genetik und Selektionsarbeit.

Er half dabei, Pflanzenforschungsinstitute in koordinierte Zentren zum Sammeln und Bewahren globaler Nutzpflanzenvielfalt zu verwandeln. In Leningrad legten systematische Lagerung und Katalogisierung von Saatgut den Grundstein für eine der großen Genbanken der Welt.

Auf Basis von Expeditionsdaten argumentierte er, dass die Landwirtschaft in bestimmten geografischen Regionen mit außergewöhnlicher Vielfalt ihren Ursprung hatte. Dieses Rahmenwerk lenkte künftiges Sammeln, Naturschutz und Züchtung, indem es Hotspots wie die Anden und Äthiopien hervorhob.

Er und seine Teams sammelten Weizen-, Hülsenfrucht- und Obstsorten in mediterranen Agrarlandschaften und Forschungsstationen. Diese Proben bereicherten sowjetische Züchtungsprogramme und unterstützten seine Kartierung der Kulturpflanzenvielfalt nach Regionen.

Während die Kollektivierung die Landwirtschaft umformte, betonte er, dass widerstandsfähige Sorten und genetische Vielfalt wichtiger seien als Parolen. Er leitete Sammelmissionen, um Saatgut zu sichern, bevor lokale Landsorten durch rasche politische Veränderungen verschwanden.

Er verteidigte mendelsche Genetik und experimentelle Züchtung, während Trofim Lyssenko politische Unterstützung für antigenetische Ideen gewann. Wissenschaftliche Debatten wurden zunehmend gefährlich, als Ideologie zu bestimmen begann, was als „Wahrheit“ gilt.

Am Wawilow-Institut leitete er Forscher, Saatgutlagerung und Züchtungskooperationen in der gesamten Sowjetunion. Das Institut wurde zu einem weltweiten Zentrum für Kulturpflanzengenetik, selbst als der Große Terror unabhängige Wissenschaftler bedrohte.

Als sich Verhaftungen in der akademischen Welt ausbreiteten, gerieten seine internationalen Kontakte und sein Festhalten an der Genetik unter Beobachtung. Verbündete verschwanden aus den Instituten, und der Druck wuchs, Lyssenkos Behauptungen trotz widersprechender Belege zu unterstützen.

Er wurde während der Feldarbeit verhaftet und des Sabotageakts und der Spionage beschuldigt, Anklagen, die in Stalins Sicherheitskampagnen häufig waren. Verhöre und Haft entfernten ihn aus der Wissenschaft, während lyssenkistische Politik die Kontrolle über die Biologie weiter verschärfte.

Während der nationalsozialistischen Belagerung schützten seine Kollegen am Institut Tausende Saatgutproben und weigerten sich, die essbaren Bestände trotz Hunger zu verzehren. Ihr Opfer sicherte das Überleben unersetzlicher genetischer Vielfalt, die er zusammengetragen hatte.

Er starb in sowjetischem Gewahrsam nach langer Gefangenschaft, geschwächt durch Unterernährung und harte Bedingungen. Seine wissenschaftliche Vision lebte in den Sammlungen und Theorien weiter, die später den globalen Naturschutz und die Pflanzenzüchtung prägten.