他出生於俄羅斯帝國的莫斯科，在工業迅速變動與政治動盪的氛圍中成長。家人的支持與良好的學校教育，促成他早年對植物與實用農業的濃厚興趣。

他在莫斯科農業學院開始接受正規訓練，研習植物學、農學與植物病理學。學院讓他接觸到田野研究，也使他正面面對俄羅斯作物歉收的迫切問題。

他與俄羅斯的農學家與植物病理學者合作，研究作物如何抵抗真菌性病害與害蟲。這些研究推動他走向遺傳學，並將之視為解釋植物抗性遺傳的關鍵。

他前往歐洲的頂尖實驗室學習現代遺傳學與植物科學，其中包括與英國的重要學術圈合作的工作經驗。這段歷練加深他對孟德爾方法與嚴謹實驗的信念。

在第一次世界大戰期間，他於波斯進行田野調查，研究嚴酷環境下的作物多樣性與抗病性。他採集的種子與觀察資料，日後形塑了他對遺傳與地理分布關係的核心想法。

二月與十月革命顛覆了俄羅斯的制度，但他仍在物資短缺與不確定中持續研究與教學。他主張科學育種與種子多樣性對於餵養脆弱的新政體至關重要。

他擔任重要學術職位，並組織育種與植物病理研究以提升穀物產量。這些工作把遺傳學與務實農業連結起來，契合戰後復原與糧食安全的需求。

他提出近緣物種會呈現平行的遺傳變異系列，讓育種者能在不同作物間推測可用性狀。這一概念成為比較遺傳學與選育工作的強大整理原理。

他協助將植物研究機構轉型為協調一致的中心，以蒐集與保存全球作物多樣性。在列寧格勒，系統化的種子保存與編目奠定了世界級基因庫的基礎。

他綜合遠征資料，主張農業起源於少數具有卓越多樣性的特定地理區域。這套框架指向如安地斯與衣索比亞等熱點，並引導後續的採集、保育與育種工作。

他與團隊在地中海的農耕景觀與研究站蒐集小麥、豆類與果樹品種。這些樣本充實了蘇聯的育種計畫，也支持他以區域方式繪製作物多樣性的分布圖。

在集體化重塑農業之際，他主張有韌性的品種與遺傳多樣性比口號更重要。他指揮採集任務，力求在快速政策變動使地方品種消失前先行保存種子。

他捍衛孟德爾遺傳學與實驗育種，而特羅菲姆・李森科則因反遺傳觀點獲得政治支持。科學論辯逐漸變得危險，意識形態開始決定何者被視為「真理」。

在瓦維洛夫研究所，他管理研究人員、種子保存與全蘇聯的育種合作。該所成為作物遺傳學的全球樞紐，然而大恐怖也同時威脅著獨立的科學家。

當逮捕潮席捲學界，他的國際往來與對遺傳學的堅持引來更嚴密的審視。盟友從研究所中消失，要求他背書李森科主張的壓力也在矛盾證據下不斷升高。

他在田野工作期間被捕，遭指控破壞與間諜活動，這類指控在史達林的安全整肅中十分常見。審訊與囚禁使他被迫離開科學舞台，而李森科路線也進一步加緊對生物學的控制。

在納粹圍城期間，他在研究所的同事守護數以千計的種子保存材料，即使飢餓至極也拒絕食用可食的收藏。他們的犧牲確保了他所建立、不可替代的遺傳多樣性得以延續。

他在蘇聯羈押中死去，長期監禁使他因營養不良與惡劣環境而衰弱。他的科學願景透過其收藏與理論延續，並在後世深刻影響全球保育與植物育種。