Nació en Moscú, en el Imperio ruso, y creció en medio de un rápido cambio industrial y de la agitación política. El apoyo familiar y una buena educación despertaron su temprana fascinación por las plantas y por la agricultura práctica.

Inició su formación en el Instituto Agrícola de Moscú, estudiando botánica, agronomía y fitopatología. El instituto lo conectó con la investigación de campo y con el problema urgente de los fracasos de cosecha en Rusia.

Junto a agrónomos y fitopatólogos rusos, investigó cómo los cultivos resisten enfermedades fúngicas y plagas. Estos estudios lo orientaron hacia la genética como explicación de la resistencia heredada en las plantas.

Viajó a laboratorios punteros para aprender genética moderna y ciencias de las plantas, incluyendo trabajos asociados con William Bateson en Gran Bretaña. La experiencia reforzó su compromiso con los métodos mendelianos y la experimentación rigurosa.

En plena Primera Guerra Mundial, realizó trabajo de campo en Persia para estudiar la diversidad de cultivos y la resistencia a enfermedades en entornos duros. Reunió semillas y observaciones que más tarde dieron forma a sus ideas sobre los patrones geográficos de la herencia.

Las revoluciones de febrero y octubre trastocaron las instituciones rusas, pero continuó investigando y enseñando pese a la escasez y la incertidumbre. Sostuvo que la mejora científica y la diversidad de semillas eran esenciales para alimentar a un Estado frágil.

Asumió un puesto académico de liderazgo y organizó estudios de mejora y patología orientados a aumentar el rendimiento de los cereales. El trabajo unió la genética con la agricultura práctica, alineando la ciencia con la recuperación de posguerra y la seguridad alimentaria.

Propuso que las especies emparentadas muestran conjuntos paralelos de variaciones hereditarias, lo que ayudó a los mejoradores a predecir rasgos útiles entre cultivos. El concepto se convirtió en un principio organizador poderoso para la genética comparada y la selección.

Ayudó a transformar institutos de investigación vegetal en centros coordinados para recolectar y preservar la diversidad global de cultivos. En Leningrado, el almacenamiento y la catalogación sistemáticos sentaron las bases de uno de los grandes bancos genéticos del mundo.

Al sintetizar datos de expediciones, sostuvo que la agricultura surgió en regiones geográficas concretas con una diversidad excepcional. Este marco guió la recolección, la conservación y la mejora al señalar focos como los Andes y Etiopía.

Él y sus equipos reunieron variedades de trigo, legumbres y frutales en paisajes agrícolas mediterráneos y estaciones de investigación. Estas muestras enriquecieron los programas soviéticos de mejora y respaldaron su cartografía de la diversidad por regiones.

Mientras la colectivización transformaba la agricultura, defendió que las variedades resistentes y la diversidad genética valían más que los eslóganes. Dirigió misiones de recolección para asegurar semillas antes de que las variedades locales desaparecieran por cambios de política acelerados.

Defendió la genética mendeliana y la mejora experimental mientras Trofim Lysenko ganaba apoyo político para ideas antigenéticas. El debate científico se volvió cada vez más peligroso a medida que la ideología empezó a decidir qué contaba como verdad.

En el Instituto Vavílov, supervisó investigadores, almacenamiento de semillas y colaboraciones de mejora en toda la Unión Soviética. El instituto se convirtió en un centro mundial de genética de cultivos, incluso mientras el Gran Terror amenazaba a los científicos independientes.

Con las detenciones extendiéndose por el ámbito académico, sus contactos internacionales y su insistencia en la genética atrajeron escrutinio. Aliados desaparecieron de los institutos y aumentó la presión para respaldar las afirmaciones de Lysenko pese a la evidencia contradictoria.

Fue detenido durante el trabajo de campo y acusado de sabotaje y espionaje, cargos habituales en las campañas de seguridad de Stalin. Los interrogatorios y el encarcelamiento lo apartaron de la ciencia mientras las políticas lisencoístas estrechaban el control sobre la biología.

Durante el sitio nazi, sus colegas del instituto protegieron miles de accesiones de semillas y se negaron a comer las colecciones comestibles pese al hambre. Su sacrificio garantizó la supervivencia de una diversidad genética irreemplazable que él había reunido.

Murió bajo custodia soviética tras un prolongado encarcelamiento, debilitado por la desnutrición y las duras condiciones. Su visión científica perduró a través de las colecciones y teorías que luego moldearon la conservación global y la mejora vegetal.